Linux-线程概念

1. 线程概念

        线程:轻量级进程,在进程内部执行,是OS调度的基本单位;进程内部线程共用同一个地址空间,同一个页表,以及内存中的代码和数据,这些资源对于线程来说都是共享的资源 

        进程:在用户视角下,内核数据结构+该进程对应的代码和数据;在内核的视角下,承担分配系统资源的基本实体

        其实在之前没有了解线程之前的进程,就是一个只有一个主线程的进程

        现在又该如何理解线程和进程之间的关系呢?

         线程和进程之间就像家庭成员和家庭之间的概念,家庭是由所有家庭成员共同组成的,在这个社会中可能有三口之家,五口之家

        我们在社会中被描述为一个整体,比如户口本就是按家庭发放的,房屋是按家庭建造的,社会资源按家庭分配的,例如疫情期间买菜

        家庭成员和家庭之间的关系就是一荣俱荣,一损俱损的关系(线程异常时会触发信号机制,终止进程,内核所有线程都会退出

        我们在家庭中扮演不同的角色,也在使用不同的资源,家庭负责分配这些资源,其中有大部分资源是家庭成员之间共享的,比如卫生间,客厅,但总有一个房间是给你住的,作为你的私人空间

        家庭资源:空间,数据

        私人空间:后面会说

         在Linux中,没有专门为线程管理,创建新的数据结构,而是沿用了进程的task_struct,用它来模拟线程,线程和进程有很多共性,为此Linux下的所有版本都安装了pthread系统库,为了提供用户使用的接口

        库底层调用了clone系统接口,所以系统提供一部分,库提供一部分,就组成了Linux下的线程

        所以使用线程库的时候,需要包含头文件<pthread.h>,编译时需要-lpthread

        线程共享进程数据,但也拥有自己的一部分数据

线程独有:

  • 线程ID
  • 一组寄存器(上下文)
  • 独立栈结构
  • errno变量在线程内部
  • 信号屏蔽字(block)
  • 调度优先级

线程共有:

  • 文件描述符表
  • 信号处理方式
  • 当前工作目录
  • 用户id和组id(权限)

        线程独立的栈结构(保存临时数据)和上下文数据,体现了线程的动态属性

线程如何实现独立的栈结构:

        线程库提供了线程创建接口,它会在地址空间的共享区中创建对应线程的栈结构,其实在上面系统接口中就有所体现clone中有一个参数child_stack的指针,栈地址,栈的组成应该是系统提供的

        通过clone系统接口的第一个参数函数指针,其实如何让线程执行自己代码,其实就是执行函数代码

2. 线程vs进程

        进程是资源分配的基本单位

        线程是CPU调度的基本单位

        线程切换的成本更低

        因为线程间共享地址空间和页表,这些不需要切换

        其次,CPU内部有L1~L3 的 cache 高速缓存(对内存的代码和数据根据局部性原理,预读到CPU内部,进而提高效率)也不用切换

3. 线程的优缺点

优点:

  • 创建,切换,占用资源都比进程小
  • 能充分利用多处理器可并行的数量
  • 在等待慢速IO操作结束的同时,程序可以执行其他任务
  • 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
  • IO密集型应用,为了提高性能,将IO操作重叠,可以同时等待不同的IO

缺点:

        缺乏访问控制(后续会学互斥,同步,信号量来解决这一问题)

完。

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