內(nèi)核線程的作用主要有：

主要包括兩種類型的內(nèi)核線程：

同時內(nèi)核線程是由內(nèi)核自己創(chuàng)建的線程，也叫做守護線程(deamon)。在終端上用命令”ps -Al”列出的所有進程中，名字以k開關(guān)以d結(jié)尾的往往都是內(nèi)核線程，比如kthreadd、kswapd。

既然是內(nèi)核線程是一個單獨的概念，那么與用戶線程之間一定存在某些區(qū)別，

內(nèi)核線程與用戶線程的相同點是：

不同之處在于：

在linux內(nèi)核啟動的最后階段，系統(tǒng)會創(chuàng)建兩個內(nèi)核線程，一個是init，一個是kthreadd。其中init線程的作用是運行文件系統(tǒng)上的一系列”init”腳本，并啟動shell進程，所以init線程稱得上是系統(tǒng)中所有用戶進程的祖先，它的pid是1。kthreadd線程是內(nèi)核的守護線程，在內(nèi)核正常工作時，它永遠不退出，是一個死循環(huán)，它的pid是2。

通過上述不同之處的對比可以發(fā)現(xiàn)，內(nèi)核線程沒有用戶內(nèi)存空間，與之相對的是用戶進程（注意，此處不是用戶線程，用戶線程內(nèi)存空間與用戶進程空間之間存在的一定差異，具體差異可以參考我之前的博文），用戶進程同時具備內(nèi)核空間與用戶空間，在進行系統(tǒng)調(diào)用時用戶進程會由用戶內(nèi)存空間陷入內(nèi)核內(nèi)存空間。之所以此處采用內(nèi)核線程與用戶進程（而非用戶線程）進行對比，是由于內(nèi)核線程（kernel thread）是“獨立運行在內(nèi)核空間的標準進程”（以上這句話摘自《linux內(nèi)核設計與實現(xiàn)》），因此從功能上看內(nèi)核線程一方面具有進程的概念特點——具有獨立功能的程序關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合上的一次執(zhí)行活動，是系統(tǒng)進行資源分配的單位，同時內(nèi)核線程又具有線程的概念特點——進程內(nèi)的一個可調(diào)度實體。

好了通過以上分析基本可以分清“內(nèi)核線程（kernel thread）”、“用戶進程”、“用戶線程”這幾個基本概念。這里要補充的一點是以上幾個概念全部是在邏輯層面上的，從實現(xiàn)的角度來看linux內(nèi)核本身并不支持線程這一概念，linux 將所有的線程都當作進程來實現(xiàn)。內(nèi)核并沒有準備特別的調(diào)度算法或是定義特別的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表征線程。相反，線程僅僅被視為一個與其他進程（概念上應該是線程）共享某些資源的進程（概念上應該是線程）。每個線程都擁有唯一隸屬于自己的task_struct，所以在內(nèi)核中，它看起來就像是一個普通的進程（只是線程和其他一些進程共享某些資源，如地址空間）。關(guān)于這一點可以通過系統(tǒng)調(diào)用clone的實現(xiàn)來驗證，無論是fork、vfork、kthread_create最后都是要調(diào)用do_fork，而do_fork就是根據(jù)不同的函數(shù)參數(shù)，對一個進程所需的資源進行分配。

在linux2.6之前，內(nèi)核并不支持線程的概念，僅通過輕量級進程（lightweight PRocess）模擬線程，一個用戶線程對應一個內(nèi)核線程（內(nèi)核輕量級進程），這種模型最大的特點是線程調(diào)度由內(nèi)核完成了，而其他線程操作（同步、取消）等都是核外的線程庫（LinuxThread）函數(shù)完成的。但這個問題還存在很多的問題。

在linux2.6之后，為了完全兼容posix標準，linux2.6首先對內(nèi)核進行了改進，引入了線程組的概念（仍然用輕量級進程表示線程），有了這個概念就可以將一組線程組織稱為一個進程，如此通過這個改變，linux內(nèi)核正式支持多線程特性。以上是邏輯上的改變，在實現(xiàn)上主要的改變就是在task_struct中加入tgid字段，這個字段就是用于表示線程組id的字段。在用戶線程庫方面，也使用NPTL代替LinuxThread。不同調(diào)度模型上仍然采用“1對1”模型

現(xiàn)在在支持多線程的操作系統(tǒng)中一般采用三種調(diào)度模型，分別是“一對一模型”、“多對一模型”、“多對多模型”。

1）“一對一模型”

一對一模型中，每個用戶線程都對應各自的內(nèi)核調(diào)度實體。內(nèi)核會對每個線程進行調(diào)度，可以調(diào)度到其他處理器上面。當然由內(nèi)核來調(diào)度的結(jié)果就是：線程的每次操作會在用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)切換。另外，內(nèi)核為每個線程都映射調(diào)度實體，如果系統(tǒng)出現(xiàn)大量線程，會對系統(tǒng)性能有影響。但該模型的實用性還是高于多對一的線程模型。LinuxThread與NPTL都是采用這種模型。

在linux中通過LWP（lightweight process）作為線程概念的支持，輕量級線程(LWP)是一種由內(nèi)核支持的用戶線程。它是基于內(nèi)核線程的高級抽象，因此只有先支持內(nèi)核線程，才能有LWP。每一個進程有一個或多個Lwps，每個LWP由一個內(nèi)核線程支持。這種模型實際上就是恐龍書上所提到的一對一線程模型。在這種實現(xiàn)的操作系統(tǒng)中，LWP就是用戶線程。

由于每個LWP都與一個特定的內(nèi)核線程關(guān)聯(lián)，因此每個LWP都是一個獨立的線程調(diào)度單元。即使有一個LWP在系統(tǒng)調(diào)用中阻塞，也不會影響整個進程的執(zhí)行。

輕量級進程具有局限性。首先，大多數(shù)LWP的操作，如建立、析構(gòu)以及同步，都需要進行系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)調(diào)用的代價相對較高：需要在user mode和kernel mode中切換。其次，每個LWP都需要有一個內(nèi)核線程支持，因此LWP要消耗內(nèi)核資源（內(nèi)核線程的棧空間）。因此一個系統(tǒng)不能支持大量的LWP。圖也是盜的。

2）“多對一模型”

多對一線程模型中，線程的創(chuàng)建、調(diào)度、同步的所有細節(jié)全部由進程的用戶空間線程庫來處理。用戶態(tài)線程的很多操作對內(nèi)核來說都是透明的，因為不需要內(nèi)核來接管，這意味不需要內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)頻繁切換。線程的創(chuàng)建、調(diào)度、同步處理速度非常快。當然線程的一些其他操作還是要經(jīng)過內(nèi)核，如IO讀寫。這樣導致了一個問題：當多線程并發(fā)執(zhí)行時，如果其中一個線程執(zhí)行IO操作時，內(nèi)核接管這個操作，如果IO阻塞，用戶態(tài)的其他線程都會被阻塞，因為這些線程都對應同一個內(nèi)核調(diào)度實體。在多處理器機器上，內(nèi)核不知道用戶態(tài)有這些線程，無法把它們調(diào)度到其他處理器，也無法通過優(yōu)先級來調(diào)度。這對線程的使用是沒有意義的！

3）“多對多模型”

用戶線程庫還是完全建立在用戶空間中，因此用戶線程的操作還是很廉價，因此可以建立任意多需要的用戶線程。操作系統(tǒng)提供了 LWP 作為用戶線程和內(nèi)核線程之間的橋梁。 LWP 還是和前面提到的一樣，具有內(nèi)核線程支持，是內(nèi)核的調(diào)度單元，并且用戶線程的系統(tǒng)調(diào)用要通過 LWP ，因此進程中某個用戶線程的阻塞不會影響整個進程的執(zhí)行。用戶線程庫將建立的用戶線程關(guān)聯(lián)到 LWP 上， LWP 與用戶線程的數(shù)量不一定一致。當內(nèi)核調(diào)度到某個 LWP 上時，此時與該 LWP 關(guān)聯(lián)的用戶線程就被執(zhí)行。