Linux：获取线程的PID（TID、LWP）的几种方式

在 Linux C/C++ 中通常是通过 pthread 库进行线程级别的操作。

在 pthread 库中有函数：

pthread_t pthread_self(void);

它返回一个 pthread_t 类型的变量，指代的是调用 pthread_self 函数的线程的 “ID”。

怎么理解这个“ID”呢？

这个“ID”是 pthread 库给每个线程定义的进程内唯一标识，是 pthread 库维持的。

由于每个进程有自己独立的内存空间，故此“ID”的作用域是进程级而非系统级（内核不认识）。

其实 pthread 库也是通过内核提供的系统调用（例如clone）来创建线程的，而内核会为每个线程创建系统全局唯一的“ID”来唯一标识这个线程。

这个系统全局唯一的“ID”叫做线程PID（进程ID），或叫做TID（线程ID），也有叫做LWP（轻量级进程=线程）的。

如何查看线程在内核的系统全局唯一“ID”呢？大体分为以下几种方式。

测试代码：

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;
}

在主线程中通过 pthread 库创建三个线程，不断输出 “i am xxx” 的信息。

运行输出：

[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
……
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是待观察的进程的PID。

输出中可见此进程包含4个线程，他们的PID都是11209，PPID都是9374，其中LWP即我们要找的线程ID。

我们注意到有一个线程的LWP同进程的PID一致，那个线程就是主线程。

-L Show threads, possibly with LWP and NLWP columns
-f does full-format listing.
方法二：pstree -p $pid
[test1280@localhost ~]$ pstree -p 11029
main(11029)─┬─{main}(11030)
            ├─{main}(11031)
            └─{main}(11032)
方法三：top -Hp $pid
[test1280@localhost ~]$ top -Hp 11029

在这里插入图片描述

在top中指定了进程PID，输出包含四个线程，通过PID字段可获知每个线程的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
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
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是线程组ID，主线程的TID等同于主线程的线程组ID等同于主线程所在进程的进程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.
方法六：源码级获取

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) 系统调用返回一个 pid_t 类型值，即线程在内核中的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
……
线程的PID（TID、LWP）有什么价值？

很多命令参数的 PID 实际指代内核中线程的ID，例如 taskset、strace 等命令。

例如 taskset 命令，可以将进程绑定到某个指定的CPU核心上。

如果进程是多线程模式，直接使用 taskset 将仅仅把主线程绑定，其他线程无法被绑定生效。

example：

# 将 11282 进程绑定到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

# 查看其他线程是否真的绑定到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
# 此时实际只绑定主线程到CPU第0核心

# 将其他四个线程一并绑定到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
# 此时，进程PID=11282的进程所有线程都将仅在CPU第0核心中运行

strace 同理，可以指定线程PID，追踪某个线程执行的系统调用以及信号。

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