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。