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E-moss，程序员，爱好阅读和撸狗，主要从事iOS开发工作，公众号：知本集。
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- 线程：和所有的现代操作系统一样，Mach内核调度的对象是线程。
- 任务：Mach中使用一个比进程更轻量级的概念：任务（task）。
最基本的单位是线程，一个任务包含一个或多个线程。
一、线程（thread）
1.什么是线程
线程的定义
线程（thread）定义了match中最小的执行单元。
线程的含义
线程表示的是底层的机器寄存器状态以及各种调度统计数据。
线程的设计
线程从设计上提供了调度所需要的大量信息，同时尽可能地维持最小开销。
2.线程的实现
这里以简化的代码为例子：
struct thread {
/* 频繁读，但很少修改的字段 */
queue_chain_t links; /* 运行队列/等待队列的链表连接 */
wait_queue_t wait_queue; /* 所在的等待队列 */
...
...
/* thread_invoke中更新/使用的数据 */
vm_offset_t kernel_stack; /* 当前的内核栈 */
vm_offset_t reserved_stack; /* 预留的内核栈 */
...
...
/*
* 线程状态位
*/
#define TH_WAIT 0x01 /* 在队列中等待 */
#define TH_SUSP 0x02 /* 停止，或请求停止 */
#define TH_RUN 0x04 /* 正在运行或在运行队列中 */
#define TH_UNINT 0x08 /* 在不可中断的等待 */
#define TH_TERMINATE 0x10 /* 终止时同时运行 */
#define TH_TERMINATE2 0x20 /* 添加到终止队列 */
#define TH_IDLE 0x80 /* 空闲线程 */
...
...
/* 调度信息 */
sched_mode_t sched_mode; /* 调度模式 */
sched_mode_t saved_mode; /* 在被迫模式降级时保存的模式 */
...
...
/* 调度相关的状态位 */
integer_t sched_pri; /* 当前调度的优先级 */
integer_t priority; /* 基础优先级 */
integer_t importance ; /* 任务相关的重要性 */
...
...
/* 定时相关的数据结构 */
timer_data_t user_timer; /* 用户定时器 */
...
...
}
线程模板thread_template
可以发现，thread的数据结构是非常巨大的，因此大部分创建线程的时候都是从一个通用的模板复制而来，这个模板使用默认值填充这个数据结构。这个模板名为thread_template。
内核引导的过程中，调用thread_bootstrap()方法负责填充这个模板。
thread_create_internal()函数会分配新的线程数据结构。
Mach API的thread_create() 就是通过thread_create_internal()实现的。
线程的容器
Mach将任务定义为线程的容器。
资源是在任务这个层次处理的，线程只能通过端口访问包含这个线程的任务中分配的资源和内存。
二、任务（task）
1.任务的定义
任务（task）是一种容器对象。虚拟内存空间和其他资源都是通过这个容器对象管理的。
资源被进一步抽象为端口。
因此资源的共享实际上相当于允许对对应端口进行访问。
每一个BSD进程（也就是OS X进程）都在底层关联了一个Mach任务对象。
相对于线程，任务是一个比较轻量级的数据结构：
struct task {
/* 同步相关的信息 */
unit_32_t ref_count; /* 引用计数 */
boolean_t active; /* 任务还没有终止 */
boolean_t halting; /* 任务被停止 */
...
...
/* 杂项 */
vm_map_t map; /* 地址空间映射 */
...
...
/* 任务中的线程 */
queue_head_t threads; /* 用FIFO队列保存线程 */
int thread_count; /* 线程队列中的线程数 */
unit32_t active_thread_count; /* 活动的线程数 */
integer_t priority; /* 线程基础优先级 */
integer_t max_priority; /* 线程的最高优先级 */
...
...
//每个任务都有自己私有的端口名称空间
struck ipc_space *itk_space;
...
...
#ifdef MACH_BSD
void *bsd_info; //指向BSD进程对象
#endif
}
2.任务存在的目的
就本身而言，任务是没有生命的。任务存在的目的就是要成为一个或多个线程的容器。
任务中的线程都在threads成员中维护，这是一个包含thread_count个线程的队列。
3.任务的操作
大部分针对任务的操作实际上就是遍历给定任务中的所有线程，并对这些线程进行对应的线程操作。
4.账本
定义
账本（ledger）是Mach任务的配额记账和设置限制所需要的机制。
资源（一般指CPU资源和内存资源）可以在账本间转移。
三、任务和线程相关的API
1.获取当前的任务和线程
在任何时刻，内核都必须能够获得当前任务和当前线程的句柄。
内核分别通过：
- current_task()
- current_thread()
两个函数来完成。
2.函数内部实现
以上两个函数都是对“fast”版本的函数调用的宏。既：
- current_task()调用current_task_fast()
- current_thread()调用current_thread_fast()
四、任务相关的API
Mach提供了完整的一套用于操作任务的API。
这里列举几个接口：
| Mach任务相关API | 用途 |
|---|---|
| mach_task_self() | 获取任务端口，带有发送权限的名称 |
| task_create(task_t target_task, ledger_array_t ledgers, mach_msg_type_number_t boolean_t task_t *child_task) | 以target_task为父任务创建一个child_task。 |
五、线程相关的API
类似任务相关的API，Mach还提供了丰富的线程管理API。这些API大部分都和任务API的功能类似。
实际上，任务API通常的实现方法就是遍历任务中的线程列表，然后对每个线程执行对应的操作。
这些调用大部分都是通过Mach消息实现的。
注意：phtread中的指POSLX的系统调用。
1.内核私有的线程API
Mach内核提供了一组线程控制的函数，这些函数只能内核态中调用，这里暂时不做展开。
2.线程创建
我们特别关注一下线程创建的API。
这部分接口定义在<mach/ARCH/task.h>中：
| Mach线程API | 用途 |
|---|---|
| thread_create(task_t parent, thread_act_t *child_act) | 在parent任务中创建一个线程，将结果返回在child_act中 |
| thread_create_running(task_t parent, thread_state_flavor_t flavor, thread_state_t new_state, mach_msg_type_number_t nsCnt, thread_act_t *child_act) | 在parent任务中创建一个线程，其初始状态为new_state，thread_state_t与机器架构有关 |
注意第一个参数是task_t，这个参数表示创建线程的任务。
从Mach的角度看，线程可以创建在任何任务中，只要用户具有任务对应的端口即可。
当调用pthread_create()的时候，底层转而会调用Mach的APi调用thread_create()方法。
注意：
创建一个线程并不困难，但是要让线程做有意义的事情则不是那么容易了。这一内容将在后面讨论。
