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线程的优点--("轻"+多任务并发/并行处理的优势(对比于进程))
什么是线程?
说到线程, 离不开的概念就是进程 . 也离不开计算机或操作系统的发展过程. 简单在另一篇博客写了一下.
具体进程和线程的引入来历, 戳链接（￣︶￣）↗https://blog.csdn.net/qq_41071068/article/details/104556533
简单来说, 进程让操作系统的并发成为可能性, 线程让进程内部的并发成为可能.
那么在Linux下, 再来看线程具体是什么
线程
- 线程包含在进程之中, 是进程的实际运作单位. 进程内部的一个执行路线分支(或者说是单一顺序的控制流)就叫做线程.
- 线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位
- 每个进程至少都有一个执行线程, 一个进程中可以并发多个线程, 每条线程执行不同的任务.
- 线程在进程内部运行, 本质是在进程地址空间内运行
在Linux中具体实现
- 线程是轻量级进程 LWP(Light Weight Process)
- 在Linux下没有为了实现线程而创建新的数据结构, 还是用原来进程的PCB来描述线程, 在Linux下就是task_struct结构体
- 进程的PCB有独立的地址空间
- 线程的PCB共享其所在进程的地址空间, "轻量"就体现在此处
- 一个进程的所有线程具有相同的地址空间, 它们属于同一个线程组, 这样来说进程就可以看作是一个线程组
- 对于进程来说, 同一个地址(虚拟地址), 在不同的进程中, 反复使用而不冲突. 原因是虽然不同进程的虚拟地址一样, 但相同的虚拟地址通过不同的页表映射着不同的物理内存单元, 最终访问到不同的物理页面.
- 线程与进程不同, 两个线程具有各自独立的PCB，但其页表映射相同是相同的, 所以两个PCB共享一个地址空间.
- 实际上, 无论是创建进程的fork, 还是创建线程的库函数pthread_create，底层实现都是调用同一个系统调用接口clone( ).
如果复制对方的地址空间, 那么就"clone" 出一个 "进程". 如果共享对方的地址空间, 就"clone"出一个"线程" .
- 所以, Linux内核是不区分进程和线程的. 只在用户层面上进行区分. 也是因为如此, 线程所有操作函数 pthread_系列都是库函数，而非系统调用接口
线程间数据的独有与共享(同组线程)
共享
因为同组线程共享进程的地址空间, 所以进程的代码段, 数据段都是共享的, 定义一个函数, 或全局变量, 线程都是可以访问
的, 除此之外, 线程还共享一些进程的资源和环境, 如下:
- 文件描述符表
- 每种信号的处理方式(SIG_ IGN、SIG_ DFL或者自定义的信号处理函数)
- 当前工作目录
- 用户id(UID), 和组id(GID)
独有
线程共享进程数据, 但为了防止调用栈混乱, 线程也拥有自己的一部分数据
- 线程id(线程唯一标识符)
- 栈空间(拥有自己的函数栈)
- 寄存器(保存线程切换前的寄存器集合的状态, 以便下次恢复)
- 信号屏蔽字(由于线程所执行任务的不同, 线程所感兴趣的信号屏蔽字也不同, 需要独有, 但同组线程共享信号处理方法)
- errno(错误码)
- 线程优先级(线程要被CPU调度, 所以和进程一样, 有优先级)
线程的优点--("轻"+多任务并发/并行处理的优势(对比于进程))
先来了解两个概念
并发 : 人们把CPU运行间划分成若干个时间段, 再将不同的时间段分配给各个进程. 这样, 在一个时间段内某个进程的代码
运行时, 其它线程处于挂起状. 当时间片较小, CPU轮转非常快时, 宏观上有多个进程被同时执行的效果. 这种方式我们称之
为并发(Concurrent).
并行 : 在单处理器中多道程序设计系统中, 进程被交替执行, 表现出一种并发的外部特征. 在多处理器系统中, 进程不仅可以
交替执行, 而且可以在同一时刻重叠执行(分别执行在同一台机器不同的CPU上).
总的来说 "轻" 体现在, 操作系统对于线程和进程的操作来说, 线程的各种操作时空消耗都要更小. 具体来说:
- 线程间通信更加灵活(可以通过全局变量和函数传参的方式)
- 线程的创建销毁成本更低
- 线程的调度成本更低
多任务并发/并行处理优势
- 能充分利用多处理器的可并行数量
- 在等待慢速I/O操作结束的时间，线程可执行其他的计算任务
- 计算(CPU)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实现并行处理, 提高效率
- I/O密集型应用, 为了提高性能, 将I/O操作重叠. 线程可以同时等待不同的I/O操作.
线程的缺点
- 性能损失
一个很少被外部事件阻塞的CPU密集型线程往往无法与其它线程共享同一个处理器. 如果CPU密集型线程的数量比可用的处理器多, 那么可能会有较大的性能损失, 这里的性能损失指的是增加了额外的同步和调度开销, 而可用的资源(CPU)不变.
- 健壮性降低
编写多线程需要更全面更深入的考虑，在一个多线程程序里，任一线程奔溃会导致整个进程崩溃
- 缺乏访问控制
多个线程对同一个数据同时进行操作时，可能出现线程安全问题，导致数据发生错误
- 多线程程序调试困难
多线程程序调试困难, gdb不支持调试 .
注 : 虽然有缺点, 但优点更突出, 所以问题不是很大.
多线程与多进程的比较
线程和进程在处理多任务上一些相同的优点 :
- 对于CPU密集型程序(多个执行流在有多个CPU资源时可以实现并行提高处理效率)(CPU资源足够)
- 对于I/O密集型程序(多个执行流可以并行压缩等待I/O的时间)(并不一定要CPU资源足够)
总的来说, 在多进程或多线程在处理多任务上, 不能单纯的说谁好谁坏, 各自有各自的优缺点, 具体要看使用场景.
结合上面说的线程的优缺点, 再对比进程具有独立性, 更加的稳定, 健壮的特点, 有如下结论:
- 程序对主功能的安全性, 稳定性要求更高的场景, 最好使用多进程, 比如说服务器端程序, 我们常用的Shell程序.
- 剩下的考虑多线程(因为线程对比于进程的优点, 剩余场景大多考虑多线程)
比如服务器端, 服务器面向非常多的普通用户, 如果在处理其中一个用户的任务时崩了, 如果是多线程处理, 就会导致整个
程序奔溃, 但如果是多进程, 崩掉一个, 并不会影响其他用户的任务处理, 更加稳定健壮
在很多时候都采用多线程编程，但还是要视具体任务和具体机器的配置情况而定, 比如说：
对于单核CPU的机器, 如果是CPU密集型任务, 如解压文件, 多线程的性能反而不如单线程性能, 因为解压文件需要一直占用
CPU资源, 如果采用多线程, 多线程的频繁切换导致的开销反而会让性能下降. 而对于多核CPU, 对于解压文件来说, 多线程
肯定优于单线程, 多个线程能够并发的更加充分利用每个核的资源. 但还是要注意, 在CPU资源足够的情况下, 可以使程序得
性能更高, 但并非线程越多越好, 调度也需要时间成本.
虽然多线程能够提升程序性能, 但是相对于单线程来说, 它的编程要复杂地多, 要考虑线程安全问题. 因此, 在实际编程过程中, 要
根据实际情况具体选择.
Linux 多线程(线程控制(创建/终止/等待/分离))
写在另一篇博客, 戳链接（￣︶￣）↗https://blog.csdn.net/qq_41071068/article/details/104613224
