一、核心结论
Linux 中有两种线程 ID：用户态线程 ID（pthread_t）和内核态线程 ID（tid），前者是进程内唯一的虚拟地址，后者是系统全局唯一标识。线程的地址空间布局中，主线程栈在栈区，子线程栈在共享区（mmap 映射），所有线程共享代码段、数据段、堆等资源。
二、两种线程 ID：用户态 vs 内核态
1. 用户态线程 ID（pthread_t）
- 来源：由 pthread 库分配，存储在
pthread_create的第一个参数中； - 本质：Linux 下是虚拟地址空间中的地址（指向线程控制块
struct pthread）； - 作用域：进程内唯一，仅 pthread 库识别，内核不感知；
- 获取方式：
pthread_self()函数。
2. 内核态线程 ID（tid/LWP）
- 来源：内核创建线程时分配的全局唯一标识；
- 本质：
task_struct中的tid字段，是内核调度的唯一依据； - 作用域：系统全局唯一，所有内核操作（如
pthread_cancel）最终依赖此 ID； - 获取方式：
syscall(SYS_gettid)（需包含<sys/syscall.h>）； - 查看方式：
ps -aL命令，LWP列显示的就是内核态线程 ID。
3. 代码示例：获取两种线程 ID
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <unistd.h>
void* thread_func(void* arg) {
// 用户态线程ID
printf("用户态线程ID：%lu\n", (unsigned long)pthread_self());
// 内核态线程ID（LWP）
printf("内核态线程ID（LWP）：%d\n", syscall(SYS_gettid));
sleep(2);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t tid;
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL);
printf("主线程用户态ID：%lu\n", (unsigned long)pthread_self());
printf("主线程内核态ID（LWP）：%d\n", syscall(SYS_gettid));
pthread_join(tid, NULL);
return 0;
}4. 运行结果与ps -aL验证
主线程用户态ID：140709324857152
主线程内核态ID（LWP）：12345
用户态线程ID：140709316464384
内核态线程ID（LWP）：12346执行ps -aL | grep 12345：
PID LWP TTY TIME CMD
12345 12345 pts/0 00:00:00 thread_id
12345 12346 pts/0 00:00:00 thread_idPID列是线程组 ID（tgid），等于主线程的内核态 ID；LWP列是每个线程的内核态 ID，主线程的LWP与PID相同。
三、线程的进程地址空间布局
进程的虚拟地址空间从低地址到高地址依次为：代码段→已初始化数据段→未初始化数据段→堆→共享区（mmap 区域）→栈区，线程的内存分布遵循以下规则：
1. 所有线程共享的区域
- 代码段（Text Segment）：存储进程的执行代码，所有线程共享同一套指令；
- 数据段（Data Segment）：存储已初始化的全局变量和静态变量；
- 未初始化数据段（BSS Segment）：存储未初始化的全局变量和静态变量；
- 堆（Heap）：动态内存分配区域（
malloc/new），线程可通过全局指针或参数共享； - 共享区（mmap 区域）：存储共享库、内存映射文件等，子线程栈也在此区域。
2. 线程独占的区域
- 栈区：
- 主线程栈：位于虚拟地址空间的栈区，从高地址向低地址生长，可动态扩展（超出上限触发栈溢出）；
- 子线程栈：位于共享区，通过
mmap分配，大小固定（默认 8MB），不可动态增长，用尽会触发栈溢出；
- 线程局部存储（TLS）：存储线程私有数据（如
__thread修饰的变量），每个线程有独立副本。
3. 地址空间布局示意图（简化版）
低地址 → 高地址
[代码段] → [已初始化数据段] → [未初始化数据段] → [堆] → [共享区（共享库+子线程栈）] → [主线程栈]四、子线程栈的核心特性（与主线程栈的区别）
| 特性 | 主线程栈 | 子线程栈 |
|---|---|---|
| 分配方式 | 进程创建时自动分配 | pthread_create时通过mmap分配 |
| 位置 | 栈区 | 共享区（mmap 区域） |
| 大小 | 可动态增长（默认 8MB） | 固定大小（默认 8MB，可通过属性设置） |
| 增长方向 | 高地址→低地址 | 高地址→低地址 |
| 溢出处理 | 超出上限触发 SIGSEGV | 用尽即溢出，触发 SIGSEGV |
关键注意点：
- 子线程栈大小可通过线程属性
pthread_attr_setstacksize设置，最小不能小于PTHREAD_STACK_MIN（通常为 16KB）； - 避免在子线程中分配大量局部变量（如大数组），容易导致栈溢出；
- 线程间传递栈地址会导致野指针，需使用堆内存或全局变量。
五、线程控制块（struct pthread）的位置
pthread 库内部用struct pthread（线程控制块 TCB）描述线程，存储线程 ID、栈地址、退出状态等信息：
- 位置：位于子线程栈的末端（高地址侧），
pthread_t本质是指向该结构体的指针； - 核心字段：
tid：内核态线程 ID；stackblock：线程栈的起始地址；stackblock_size：线程栈的大小；result：线程的退出状态；start_routine：线程执行函数指针。
六、总结
- 线程有两种 ID：用户态
pthread_t（进程内唯一）和内核态 tid（全局唯一），ps -aL可查看内核态 ID； - 线程共享进程的代码段、数据段、堆等区域，仅独占栈和线程局部存储；
- 子线程栈位于共享区，大小固定，需注意避免栈溢出；
- 理解地址空间布局是线程编程的基础，可帮助规避野指针、数据竞争等问题。
至此，Linux 线程从入门到核心原理的系列讲解已完成，涵盖概念、内核实现、资源共享、线程控制、ID 与内存布局，希望能帮助你彻底掌握线程编程