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一、线程

1.1 线程的基本概念

1.2 何时创建线程

二、线程控制

三、遍历线程

四、线程内核对象

4.1 线程上下文

4.2 暂停次数

4.3 信号

五、线程调度

5.1 什么是线程优先级

5.2 进程优先级与相对线程优先级

5.3 编程改变优先级

5.4 动态优先级的概念

一、线程

1.1 线程的基本概念

线程是进程中的一个独立控制流，它是程序运行时的调度单位，也是执行代码的基本单元。从 CPU 的角度来看，所有线程都是平等的，不会因为属于某个进程而受到特殊对待。CPU 根据线程的优先级来决定执行哪个线程，并分配相应的时间片。当一个线程的时间片用完时，CPU 会切换到下一个线程继续执行。

通常情况下，线程执行的代码属于某个进程，同一个进程中的所有线程共享进程的资源，包括虚拟内存空间、内核对象句柄表等。

此外，还有一种内核线程，它的代码完全在内核空间中运行，不在我们当前的讨论范围内。每个线程都是一个独立的执行单元。

1.2 何时创建线程

通常在以下情况下需要创建线程：
- 在输入的同时需要输出（例如在显示界面的同时处理数据）；
- 逻辑A的执行依赖于逻辑B的实时反馈（比如进度条的更新）；
- 利用计算机的空闲时间处理一些繁重但不紧急的任务；
- 涉及大量磁盘操作的程序；
- 与网络操作相关的程序；
- 需要处理多个长时间等待的业务逻辑；
- 需要进行密集计算，并充分利用多核CPU性能的程序；
- 需要让其他进程执行自己的代码时（例如远程注入代码）；

简单来说，当某些操作可能会阻塞当前线程，而当前线程又非常重要不能被阻塞时，就需要创建新的线程。

二、线程控制

相关的线程控制函数如下：
- `CreateProcess`：创建进程。
- `OpenProcess`：打开进程。
- `ExitProcess`：退出本进程。
- `TerminateProcess`：结束其他进程。
- `SuspendThread`：暂停线程（挂起）。
- `ResumeThread`：恢复线程。

创建线程示例代码：

#include "stdafx.h"
#include <windows.h>
int g_nNum = 0;DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lParam) {printf("我是线程！\n");for (int i=0;i<1000;i++){g_nNum++;}printf("%d\n", g_nNum);return 0;
}int main()
{CreateThread(NULL, NULL, ThreadProc, NULL, 0, NULL);CreateThread(NULL, NULL, ThreadProc, NULL, 0, NULL);system("pause");printf("%d\n", g_nNum);return 0;
}

三、遍历线程

线程的遍历同样可以使用创建快照的方式，以下是遍历某一个进程线程的示例代码：

VOID ListProcessThreads(DWORD dwPID) {HANDLE hThreadSnap = INVALID_HANDLE_VALUE;THREADENTRY32 te32;//创建快照，当前操作系统的线程快照hThreadSnap = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPTHREAD, 0);if (hThreadSnap == INVALID_HANDLE_VALUE)return;//设置输入参数，结构的大小te32.dwSize = sizeof(THREADENTRY32);//开始获取信息if (!Thread32First(hThreadSnap, &te32)) {CloseHandle(hThreadSnap);   //关闭句柄return;}do {if (te32.th32OwnerProcessID == dwPID) {//显示相关信息printf("\n THREAD ID=0x%08X", te32.th32ThreadID);printf("\t base priority =%d", te32.tpBasePri);printf("\t delta priority =%d", te32.tpDeltaPri);}} while (Thread32Next(hThreadSnap, &te32));CloseHandle(hThreadSnap);
}

这段代码的功能是列出指定进程id（通过 dwPID 参数标识）的所有线程信息。它使用了 Windows API 中的 Toolhelp32 系列函数来遍历系统中的线程，并输出每个线程的 ID 和优先级信息。

四、线程内核对象

线程的创建伴随着在内核中创建一个线程内核对象的过程，在线程内核对象的数据结构中包含了一些重要信息。

4.1 线程上下文

对于CPU来说，系统里有大量线程等着被执行。CPU会依据线程的优先级，来决定先执行哪个线程，并且在执行前给它分配一定的时间片。当正在执行的线程把时间片用完了，CPU就会切换去执行其他线程，就这样循环往复，让操作系统里的线程都有机会依次执行。而在这个切换线程的过程中，就会涉及到线程环境的保存和加载操作。

具体来讲，当一个线程暂时不使用CPU了，它得把自己当前的执行环境保存起来，这样下次再轮到它执行的时候，就能接着之前的状态继续。相反，当一个线程即将要被CPU执行时，得先把它对应的执行环境加载到CPU里。

在线程的内核对象中，存在一个结构体专门用来存储当前线程的执行环境。在用户层面，我们可以借助特定的API来获取和设置线程环境。

获取线程环境的函数：

BOOL WINAPI GetThreadContext(_In_ HANDLE hThread,_Inout_ LPCONTEXT lpContext
);

设置线程环境的函数：

BOOL WINAPI SetThreadContext(_In_ HANDLE hThread,_In_ CONST CONTEXT* lpContext
);

`CONTEXT`结构体定义如下：

typedef struct _CONTEXT {DWORD ContextFlags;DWORD   Dr0;DWORD   Drl;DWORD    Dr2;DWORD   Dr3;DWORD   Dr6;DWORD   Dr7;FLOATING_SAVE_AREA FloatSave;DWORD   SegGs;DWORD  SegFs;DWORD  SegEs;DWORD  SegDs;DWORD  Edi;DWORD  Esi;DWORD  Ebx;DWORD  Edx;DWORDDWORDDWORDDWORDDWORDDWORDDWORDDWORDBYTE }CONTEXT;Ecx;Eax;Ebp;Eip;SegCs;  EFlags;Esp;SegSs;ExtendedRegisters[MAXIMUM_SUPPORTED_EXTENSION];

可以看出，线程环境基本就是CPU在执行此线程时的寄存器信息。

4.2 暂停次数

一个线程能够被暂停，且能被暂停多次。一个线程被暂停的次数在线程的内核对象中有记录，每暂停一次线程，暂停次数自增，每恢复一次线程，暂停次数自减，只有暂停次数为0的时候，线程才会运行起来。

4.3 信号

在创建和等待线程时会涉及信号的概念。例如：

//创建一个线程
HANDLE hThread = INVALID_HANDLE_VALUE;
CreateThread(NULL, NULL, Proc, NULL, NULL, NULL);//等待线程结束
WaitForSingleObject(hThread, -1);
//关闭句柄
CloseHandle(hThread);

信号其实就是线程自身的一种状态。有个`WaitForSingleObject`函数，它专门用来检查这个信号状态。要是信号状态是`FALSE` ，也就是没有信号，处于非激发态，那`WaitForSingleObject`函数就会一直等着。而一旦信号状态变成`TRUE`，也就是有信号，处于激发态了，这个函数就会马上返回。就拿线程来说，当线程运行结束的时候，它的信号状态就会从没有信号的状态转变成有信号的状态。这时候，`WaitForSingleObject`函数就能等到线程结束，然后返回，程序也就可以接着去执行后续的代码了。

不光线程是可等待的，还有很多内核对象也是可以等待的，如下表：

五、线程调度

5.1 什么是线程优先级

（1）每个线程都有一个优先级数值，范围从0（最低）到31（最高）。

（2）当一个线程把分配给它的时间片用完了，系统就得决定接下来给哪个线程分配时间片。这时，系统会从优先级最高的线程开始，依次往低优先级查看，优先让高优先级的线程得到执行机会。

（3）要是有个低优先级的线程正在运行，可恰好有高优先级的线程已经准备好要执行了，那系统就会马上中断低优先级线程，转而给高优先级线程分配时间片，让高优先级线程运行起来。比如说，只要系统里存在优先级为31的线程，那系统就不会去执行那些优先级在0到30之间的线程。

（4）系统刚启动的时候，会有一个特殊的线程，它的优先级是0 ，这个线程专门负责把系统内存里所有闲置的页面都清零，而且整个系统里只有这一个优先级为0的线程。

5.2 进程优先级与相对线程优先级

在Windows系统里，我们没办法直接去调整线程的优先级。Windows采用了一种间接的办法，它依据进程优先级以及相对线程优先级，让操作系统自己来算出线程优先级具体是多少。

进程优先级有这么几种类型，分别是`real-time`（实时）、`high`（高）、`above normal`（高于标准）、`normal`（标准）、`below normal`（低于标准）、`idle`（最低）。

进程优先级就像是给这个进程里所有线程的优先级定了个大方向。之后，再结合相对线程优先级，就能确定线程真正的优先级数值。

这里要特别注意，线程优先级是相对进程优先级而言的。要是你更改了进程优先级，虽然线程的相对优先级不会变，但是它实际的优先级数值却是会跟着改变的。

5.3 编程改变优先级

1. 当我们使用`CreateProcess`函数创建进程时，能在它的`fdwCreate`参数里设置优先级。
2. 要是想改变进程的优先级，还可以用`SetPriorityClass`这个函数来实现。
3. 要是想知道某个进程的优先级是多少，就得调用`GetPriorityClass`函数。
4. 注意，`CreateThread`函数没有设置线程相对优先级的参数，不能通过它来设置线程相对优先级。
5. 要设置线程的优先级，得使用`SetThreadPriority`函数。
6. 要是想获取线程的相对优先级，就得调用`GetThreadPriority`函数。

5.4 动态优先级的概念

1. 由进程优先级和线程优先级算出来的优先级，我们叫它基本优先级。有时候，系统会自动提高某个线程的优先级，这么做主要有两个原因：
        （1）为了能快点响应一些紧急操作。
        （2）给那些一直没机会执行、处于“饥饿”状态的线程分配时间片。
2. 这里有几点要注意：
        （1）优先级被提高的线程，在得到时间片去执行后，它的优先级数值会自动减小，一直减到基本优先级就不再减了。
        （2）如果一个“饥饿”线程有2到3秒都没执行，它的优先级会临时变为15，等它执行完两个时间片后，优先级又会变回原来的数值。
        （3）系统自动提升优先级的范围是1到15，优先级在16到31之间的线程，系统不会去提升它们的优先级。
        （4）我们能阻止系统提升优先级：
        - 使用`SetProcessPriorityBoost()`函数，能禁止提升当前进程里线程的优先级。
        - 使用`SetThreadPriorityBoost()`函数，能禁止提升某个线程的优先级。
        - 要是想知道进程或线程有没有使用优先级提升功能，可以用`GetProcessPriorityBoost`和`GetThreadPriorityBoost`这两个函数来判断。