Linux：獲取線程的PID（TID、LWP）的幾種方式

Linux：獲取線程的PID（TID、LWP）的幾種方式

在 Linux C/C++ 中通常是通過 pthread 庫進行線程級別的操作。

在 pthread 庫中有函數：

pthread_t pthread_self(void);

它返回一個 pthread_t 類型的變量，指代的是調用 pthread_self 函數的線程的 “ID”。

怎麼理解這個“ID”呢？

這個“ID”是 pthread 庫給每個線程定義的進程內唯一標識，是 pthread 庫維持的。

由於每個進程有自己獨立的內存空間，故此“ID”的作用域是進程級而非系統級（內核不認識）。

其實 pthread 庫也是通過內核提供的系統調用（例如clone）來創建線程的，而內核會爲每個線程創建系統全局唯一的“ID”來唯一標識這個線程。

這個系統全局唯一的“ID”叫做線程PID（進程ID），或叫做TID（線程ID），也有叫做LWP（輕量級進程=線程）的。

如何查看線程在內核的系統全局唯一“ID”呢？大體分爲以下幾種方式。

測試代碼：

main.c

#define _GNU_SOURCE

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>

void *start_routine(void *arg) {
	char msg[32] = "";
	snprintf(msg, sizeof(msg)-1, "thd%d: i am thd%d\n", *((int *)arg), *((int *)arg));
	while (1) {
		write(1, msg, strlen(msg));
		sleep(1);
	}
}

int main() {

	int th1 = 1;
	pthread_t tid1;
	pthread_create(&tid1, NULL, start_routine, &th1);

	int th2 = 2;
	pthread_t tid2;
	pthread_create(&tid2, NULL, start_routine, &th2);
	
	int th3 = 3;
	pthread_t tid3;
	pthread_create(&tid3, NULL, start_routine, &th3);

	const char *msg = "main: i am main\n";
	while (1) {
		write(1, msg, strlen(msg));
		sleep(1);
	}

	return 0;
}

在主線程中通過 pthread 庫創建三個線程，不斷輸出 “i am xxx” 的信息。

運行輸出：

[test1280@localhost 20190227]$ gcc -o main main.c -lpthread
[test1280@localhost 20190227]$ ./main
main: i am main
thd2: i am thd2
thd3: i am thd3
thd1: i am thd1
thd2: i am thd2
……

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方法一：ps -Lf $pid

[test1280@localhost ~]$ ps -Lf 11029
UID         PID   PPID    LWP  C NLWP STIME TTY      STAT   TIME CMD
test1280  11029   9374  11029  0    4 10:58 pts/0    Sl+    0:00 ./main
test1280  11029   9374  11030  0    4 10:58 pts/0    Sl+    0:00 ./main
test1280  11029   9374  11031  0    4 10:58 pts/0    Sl+    0:00 ./main
test1280  11029   9374  11032  0    4 10:58 pts/0    Sl+    0:00 ./main

11209是待觀察的進程的PID。

輸出中可見此進程包含4個線程，他們的PID都是11209，PPID都是9374，其中LWP即我們要找的線程ID。

我們注意到有一個線程的LWP同進程的PID一致，那個線程就是主線程。

-L Show threads, possibly with LWP and NLWP columns
-f does full-format listing.

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方法二：pstree -p $pid

[test1280@localhost ~]$ pstree -p 11029
main(11029)─┬─{main}(11030)
            ├─{main}(11031)
            └─{main}(11032)

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方法三：top -Hp $pid

[test1280@localhost ~]$ top -Hp 11029

在top中指定了進程PID，輸出包含四個線程，通過PID字段可獲知每個線程的PID（TID/LWP）。

man top
-H：Threads toggle
Starts top with the last remembered ’H’ state reversed.
When this toggle is On, all individual threads will be displayed.
Otherwise, top displays a summation of all threads in a process.
-p：Monitor PIDs

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方法四：ls -l /proc/$pid/task/

[test1280@localhost ~]$ ls -l /proc/11029/task/
total 0
dr-xr-xr-x. 6 test1280 test1280 0 Feb 27 10:58 11029
dr-xr-xr-x. 6 test1280 test1280 0 Feb 27 10:58 11030
dr-xr-xr-x. 6 test1280 test1280 0 Feb 27 10:58 11031
dr-xr-xr-x. 6 test1280 test1280 0 Feb 27 10:58 11032

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方法五：pidstat -t -p $pid

[test1280@localhost ~]$ pidstat -t -p 11029
Linux 2.6.32-642.el6.x86_64 (localhost.localdomain) 	02/27/2019 	_x86_64_	(4 CPU)

11:20:39 AM      TGID       TID    %usr %system  %guest    %CPU   CPU  Command
11:20:39 AM     11029         -    0.00    0.00    0.00    0.00     1  main
11:20:39 AM         -     11029    0.00    0.00    0.00    0.00     1  |__main
11:20:39 AM         -     11030    0.00    0.00    0.00    0.00     1  |__main
11:20:39 AM         -     11031    0.00    0.00    0.00    0.00     0  |__main
11:20:39 AM         -     11032    0.00    0.00    0.00    0.00     3  |__main

TGID是線程組ID，主線程的TID等同於主線程的線程組ID等同於主線程所在進程的進程ID。

man pidstat
-t Also display statistics for threads associated with selected tasks.
   This option adds the following values to the reports:
   TGID:The identification number of the thread group leader.
   TID:The identification number of the thread being monitored.

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方法六：源碼級獲取

main.c

#define _GNU_SOURCE

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/syscall.h>

pid_t gettid() {
	return syscall(SYS_gettid);
}

void *start_routine(void *arg) {
	pid_t pid = gettid();
	pthread_t tid = pthread_self();
	printf("thd%d: pid=%d, tid=%lu\n", *((int *)arg), pid, tid);

	char msg[32] = "";
	snprintf(msg, sizeof(msg)-1, "thd%d: i am thd%d\n", *((int *)arg), *((int *)arg));
	while (1) {
		write(1, msg, strlen(msg));
		sleep(1);
	}
}

int main() {

	pid_t pid = gettid();
	pthread_t tid = pthread_self();
	printf("main: pid=%d, tid=%lu\n", pid, tid);

	int th1 = 1;
	pthread_t tid1;
	pthread_create(&tid1, NULL, start_routine, &th1);

	int th2 = 2;
	pthread_t tid2;
	pthread_create(&tid2, NULL, start_routine, &th2);
	
	int th3 = 3;
	pthread_t tid3;
	pthread_create(&tid3, NULL, start_routine, &th3);

	const char *msg = "main: i am main\n";
	while (1) {
		write(1, msg, strlen(msg));
		sleep(1);
	}

	return 0;
}

syscall(SYS_gettid) 系統調用返回一個 pid_t 類型值，即線程在內核中的ID。

[test1280@localhost 20190227]$ gcc -o main main.c -lpthread
[test1280@localhost 20190227]$ ./main
main: pid=11278, tid=140429854775040
main: i am main
thd3: pid=11281, tid=140429833787136
thd3: i am thd3
thd2: pid=11280, tid=140429844276992
thd2: i am thd2
thd1: pid=11279, tid=140429854766848
thd1: i am thd1
……

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線程的PID（TID、LWP）有什麼價值？

很多命令參數的 PID 實際指代內核中線程的ID，例如 taskset、strace 等命令。

例如 taskset 命令，可以將進程綁定到某個指定的CPU核心上。

如果進程是多線程模式，直接使用 taskset 將僅僅把主線程綁定，其他線程無法被綁定生效。

example：

# 將 11282 進程綁定到CPU第0核心
[test1280@localhost ~]$ ps -Lf 11282
UID         PID   PPID    LWP  C NLWP STIME TTY      STAT   TIME CMD
test1280  11282   9374  11282  0    4 11:33 pts/0    Sl+    0:00 ./main
test1280  11282   9374  11283  0    4 11:33 pts/0    Sl+    0:00 ./main
test1280  11282   9374  11284  0    4 11:33 pts/0    Sl+    0:00 ./main
test1280  11282   9374  11285  0    4 11:33 pts/0    Sl+    0:00 ./main
[test1280@localhost ~]$ taskset -pc 0 11282
pid 11282's current affinity list: 0-3
pid 11282's new affinity list: 0

# 查看其他線程是否真的綁定到CPU第0核心
[test1280@localhost ~]$ taskset -pc 11283
pid 11283's current affinity list: 0-3
[test1280@localhost ~]$ taskset -pc 11284
pid 11284's current affinity list: 0-3
[test1280@localhost ~]$ taskset -pc 11285
pid 11285's current affinity list: 0-3
[test1280@localhost ~]$ taskset -pc 11282
pid 11282's current affinity list: 0
# 此時實際只綁定主線程到CPU第0核心

# 將其他四個線程一併綁定到CPU第0核心
[test1280@localhost ~]$ taskset -pc 0 11283
pid 11283's current affinity list: 0-3
pid 11283's new affinity list: 0
[test1280@localhost ~]$ taskset -pc 0 11284
pid 11284's current affinity list: 0-3
pid 11284's new affinity list: 0
[test1280@localhost ~]$ taskset -pc 0 11285
pid 11285's current affinity list: 0-3
pid 11285's new affinity list: 0
# 此時，進程PID=11282的進程所有線程都將僅在CPU第0核心中運行

strace 同理，可以指定線程PID，追蹤某個線程執行的系統調用以及信號。