Linux 獲取線程id

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Linux中，我們知道getpid(2) 可以獲取調用進程的pid，那么如何獲取一個線程的id呢？

可以用系統調用gettid(2)獲取內核中的線程id ，POSIX線程庫提供的pthread_self(3)方法獲取分配的線程id。C++11 std::thread的get_id()方法，封裝的也是POSIX pthread線程庫的線程id。

內核中的線程id，與pthread線程庫的線程id有何區別？
在Linux中，線程本質上是一個進程（實現），也就是說，通過系統調用gettid獲取的線程id跟進程id是一樣的。

glibc的Pthreads實現，把pthread_self返回值類型pthread_t用作一個結構體指針（類型為unsigned long），指向一個動態分配的內存，而且該內存是反復使用的。這也就是說，pthread_t的值很容易重復。Pthreads只能保證同一個進程內，同一時刻的各個線程id不同；但不能保證同一進程先后多個線程具有不同id，不能保證一台機器上多個進程間的id不同。

因此，pthread_t不適合作為程序中對線程的標識符。建議用gettid(2)系統調用返回值作為線程id，好處在於：

• 類型是pid_t，其值是一個小整數（最大值/proc/sys/kernel/pid_max，默認32768），便於log輸出；
• 表示內核的任務調度id，在/proc文件系統中，可以找到對應項：/proc/tid，或/prod/pid/task/tid；
• 在其他系統工具中容易定位到具體某個線程，如top(1)命令中，可以按線程列出任務，然后找出CPU使用率最高的線程id，再根據log判斷到底哪個線程在耗費CPU；
• 任何時刻都是全局唯一的，且由於Linux分配新pid采用遞增輪回辦法，短時間內啟動的多個線程也會具有不同的線程id；
• 0是非法值，因為操作系統的第一個進程init的pid是1，而gettid采用的線程tid本質上是進程pid，因此不能再為1。

示例

// 通過pthread線程庫獲取tid
void* threadFunc(void* arg)
{
    pthread_t id = pthread_self(); // 獲取Pthreads線程id
    printf("pthread id=%lx\n", id);
}
int main()
{
    pthread_t th;
    pthread_create(&th, NULL, threadFunc, NULL);
    pthread_join(th, NULL);
    return 0;
}

// C++11 std::thread通過get_id獲取tid
void threadFunc()
{
    cout << th.get_id() << endl; // 獲取Pthreads線程id
}
int main()
{
    std::thread th(threadFunc);
    th.join();
    return 0;
}

// 通過系統調用gettid獲取線程id
pid_t gettid()
{
    return static_cast<pid_t>(::syscall(SYS_gettid));
}

利用thread local緩存線程id
由於系統調用會陷入內核，頻繁系統調用可能會影響系統性能，有沒有辦法可以避免這個問題？
答案是有的。考慮到線程id在線程創建后，並不會隨意改變，因此可以用每個線程自帶的thread local（__thread）變量來緩存其線程id值，初值設為0或負數即可。

// C++11 利用__thread緩存線程id
__thread int t_tid = 0;

// 用戶接口：獲取線程id
inline int tid()
{
    if (t_tid == 0)
    {
        cacheTid();
    }
    return t_tid;
}

void cacheTid()
{
    if (t_tid == 0)
    {
        t_tid = gettid();
    }
}

// 通過系統調用gettid獲取線程id
pid_t gettid()
{
    return static_cast<pid_t>(::syscall(SYS_gettid));
}

參考
[1]陳碩. Linux多線程服務端編程:使用muduo C++網絡庫[M]. 電子工業出版社, 2013.