【操作系统】线程基础知识

本文测试代码的运行环境：
Centos7 x86_64
Kernel 3.10.0-693.5.2.el7.x86_64
gcc 版本 4.8.5
CPU：2 核

线程概念

线程是运行在进程之中的一个处理任务的分支，一个进程都包括一个主线程。
进程：资源分配、管理的基本单位（管理内存、管理打开的文件等）。
线程：调度、执行的基本单位。
在 Linux 中线程也叫做轻量级进程 LWP。
每次创建一个新的进程，会分配一个新的虚拟地址空间。
每次创建一个新的线程，线程共用原来的虚拟地址空间。

从 Linux 内核的角度来说，其实它并没有线程的概念。Linux 把所有线程都当做进程来实现，它将线程和进程不加区分的统一到了 task_struct 中。

线程之间共用的资源

1. 虚拟地址空间。
2. 文件描述符表。

线程创建的时候，加上了 CLONE_VM 标记，这样线程的内存描述符将直接指向父进程的内存描述符。

if (clone_flags & CLONE_VM) {
	// current 是父进程而 tsk 在 fork() 执行期间是共享子进程
    atomic_inc(&current->mm->mm_users);
    tsk->mm = current->mm;
}

线程之间不共用的资源

1. 栈。
2. 上下文信息（寄存器信息）。
3. errno（每个线程有自己单独的错误码）。

对于 Linux 进程或者说主线程，其 stack 是在 fork 的时候生成的，实际上就是复制了父亲的 stack 空间地址，然后写时拷贝 (cow) 以及动态增长。
然而对于主线程生成的子线程而言，其 stack 将不再是这样的了，而是事先固定下来的。
线程栈不能动态增长，一旦用尽就没了，这是和生成进程的 fork 不同的地方。

线程的优点

相比于进程来说：

1. 创建和销毁开销更小。
2. 切换调度的开销更小。
3. 线程占用的资源更小。

多线程程序能够充分利用多核处理器。
栗子：因为我的虚拟机是 2 核的，所以 CPU 最多使用是 200%

线程的缺点

1. 程序的健壮性降低，一个线程的异常终止会导致整个进程异常终止。
2. 编程 && 调试难度增加（引入了线程安全问题）。

线程的用途

1. 提升 CPU 密集型程序执行效率。
2. 提高 IO 密集型程序的体验。
   • 通过网络进行 IO。
   • 响应 UI 界面。

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