Linux -- 初识线程

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线程的初步认识

为什么需要线程

怎么让代码分成多个执行流并发执行呢？

管理线程 

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线程的初步认识

线程是进程内部的一个执行分支，线程是CPU调度的基本单位。

在Linux操作系统中，线程是程序执行流的最小单位。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的资源，如内存空间、文件描述符等，但每个线程有自己的程序计数器、栈和栈指针。这使得多线程程序能够并行执行多个任务，从而提高程序的效率和响应性。

为什么需要线程

在过去，我们认为在一个进程中，正文代码中的函数是串行调用的，如下图所示，我们认为

1. 调用 A，执行完成后返回。
2. 调用 B，执行完成后返回。
3. 调用 C，执行完成后返回。
4. 调用 D，执行完成后返回。

如果任务中有耗时的操作（如 I/O 操作、网络请求等），串行调用会让整个程序的执行速度受到影响。 

如下图，如果我们把代码分成两个执行流调用，即并行调用，多个任务可以同时执行，而不是一个接一个地执行，可以大大减少总的执行时间。

怎么让代码分成多个执行流并发执行呢？

我们需要知道，创建一个子进程，实际上也是创建了一个执行流，父子进程相互独立，各自执行自己的代码。在创建子进程时，需要给子进程设置进程地址空间、创建页表等，这些操作的开销比较大。也就是说，如果创建多个进程来让代码分成多个执行流并发执行，其开销是比较大的。

从另一个角度想，同一个可执行程序创建多个进程，分成多个执行流并发执行，并没有必要让所有的执行流都私有一份地址空间和页表，因为每个执行流看到的进程地址空间和页表内的数据都是一样的，对同一份资源拷贝多次，消耗了时间和空间。

我们只需要创建出多个 task_struct ，让这些 task_struct 都指向同一个进程地址空间，就可以省下这些开销。如下图所示：

如果把代码区的代码分成三部分，A进程执行第一部分，B进程执行第二部分，C进程执行第三部分，这样就实现了代码分成多个执行流并发执行！ 现在需要修正一下，其实A、B、C进程也就是线程。

 所以线程是进程内部的一个执行分支，也就是说，我们之前认为的进程，其实是内部只有一个线程的进程，而今天理解的进程，是内部至少有一个线程的进程！

管理线程 

有了线程，就需要对线程进行管理，操作系统要创建线程、标识线程、按照优先级调度线程、要对线程进行上下文保护、要释放线程、回收相关的资源，对线程的管理方式其实和进程的管理方式是相似的，而且线程和进程都是执行流，在 Linux 的设计者认为，没有必要为了管理线程单独设计数据结构和算法，直接复用进程的相关代码即可！

那么CPU在调度时，不用管 task_struct 是进程还是线程，只要调度就好了，因为进程和线程都是执行流，反过来，CPU在调度时，拿到的执行流可能是进程，也可能是线程，Linux中没有物理意义的线程，所以在Linux中，执行流也叫轻量级进程！