Linux——多线程1

一.理解线程的概念

教材观点：

• 线程是一种执行分支，执行粒度比进程更细，调度成本更低。
• 线程是进程内部的一个执行流。

内核观点:

• 线程是CPU调度的基本单位，进程是承担分配系统资源的基本实体。

Linux线程概念

1. 在一个程序里的一个执行路线就叫做线程（thread）。更准确的定义是：线程是“一个进程内部的控制序列”。
2. 一切进程至少都有一个执行线程。
3. 线程在进程内部运行，本质是在进程地址空间内运行。
4. 在Linux系统中，在CPU眼中，看到的PCB都要比传统的进程更加轻量化。
5. 透过进程虚拟地址空间，可以看到进程的大部分资源，将进程资源合理分配给每个执行流，就形成了线程执行流 。

说明：

1. 我们以前说进程=内核数据结构（PCB）+进程对应的代码和数据。今天我们我们将一批PCB+虚拟地址空间+页表，成为进程。
2. 上述图中的task_struct如何理解？在linux内部一个进程有多个task_struct,他们共享地址空间，在CPU看来，虽然还是一个PCB但是已经比我们之前所描述的粒度更细，我们称之为轻量化进程（LWP）。这就是为什么说：线程是CPU调度的基本单位。对比我们之前将的进程概念以前的进程是内部只有一个PCB的进程，现在是内部有多个PCB的进程。
3. 实际上今天讲的进程，是就是为来其下面多个PCB提供资源的，操作系统将资源分配给进程，LWP再共享进程分配的资源。也就是说：进程是承担分配系统资源的基本实体。

再Linux中操作系统需不需要再为线程创建特有的数据结构和组织方式呢？不需要。因为Linux中的并没有严格的进程和线程的区分。linux中是使用LWP来复用了进程的结构，和调度方式，所以Linux中没有严格的线程，而是用进程的方案模拟线程。但是也有严格的设计出线程进程独立的两套的数据结构的操作系统，我们熟知的windows就是这种设计，但是显然linux的复用式设计更加的优雅，复用式结构必然总体上更加简单，更好维护，不容易出错，效率更高，也更加安全。

二.线程的优点

创建一个新线程的代价要比创建一个新进程小得多。

• 这是因为线程是在同一进程中运行的，共享相同的地址空间和资源，因此创建和切换线程的开销比进程要小得多。

与进程之间的切换相比，线程之间的切换需要操作系统做的工作要少很多。

• 这是因为线程是在同一进程中运行的，它们共享相同的地址空间和资源，因此切换线程只需要改变线程的执行上下文，而不需要切换进程的执行上下文。
• 相比之下，进程之间的切换需要操作系统进行一系列的操作，包括创建新的进程控制块、复制进程的内存空间、加载新的可执行文件等，

线程占用的资源要比进程少很多。

• 线程是进程内的一个执行单元，同一个进程中的多个线程共享相同的地址空间和资源，包括，内存，文件描述符，网络资源等。

能充分利用多处理器的可并行数量。
在等待慢速I/O操作结束的同时，程序可执行其他的计算任务。
计算密集型应用，为了能在多处理器系统上运行，将计算分解到多个线程中实现。
I/O密集型应用，为了提高性能，将I/O操作重叠。线程可以同时等待不同的I/O操作。

三.线程的缺点

性能损失

• 一个很少被外部事件阻塞的计算密集型线程往往无法与共它线程共享同一个处理器。如果计算密集型线程的数量比可用的处理器多，那么可能会有较大的性能损失，这里的性能损失指的是增加了额外的同步和调度开销，而可用的资源不变。（人为可以控制）。

健壮性降低

• 编写多线程需要更全面更深入的考虑，在一个多线程程序里，因时间分配上的细微偏差或者因共享了不该共享的变量而造成不良影响的可能性是很大的，换句话说线程之间是缺乏保护的。
• 单个线程如果出现除零，野指针问题导致线程崩溃，进程也会随着崩溃。
• 线程是进程的执行分支，线程出异常，就类似进程出异常，进而触发信号机制，终止进程，进程终止，该进程内的所有线程也就随即退出。

缺乏访问控制

• 进程是访问控制的基本粒度，在一个线程中调用某些OS函数会对整个进程造成影响。

四.线程用途

1. 合理的使用多线程，能提高CPU密集型程序的执行效率。
2. 合理的使用多线程，能提高IO密集型程序的用户体验（如生活中我们一边写代码一边下载开发工具，就是多线程运行的一种表现）。

五. Linux进程VS线程

进程是资源分配的基本单位，线程是调度的基本单位。
线程共享进程数据，但也拥有自己的一部分数据:

• 线程ID
• 一组寄存器:线程自己上下文。
• 栈：线程自己的栈空间。
• errno
• 信号屏蔽字
• 调度优先级

进程的多个线程共享 同一地址空间,因此Text Segment、Data Segment都是共享的,如果定义一个函数,在各线程中都可以调用,如果定义一个全局变量,在各线程中都可以访问到,除此之外,各线程还共享以下进程资源和环境:

• 文件描述符表
• 每种信号的处理方式(SIG_ IGN、SIG_ DFL或者自定义的信号处理函数)
• 当前工作目录
• 用户id和组id