【操作系統】線程基礎知識

本文測試代碼的運行環境：
Centos7 x86_64
Kernel 3.10.0-693.5.2.el7.x86_64
gcc 版本 4.8.5
CPU：2 核

線程概念

線程是運行在進程之中的一個處理任務的分支，一個進程都包括一個主線程。
進程：資源分配、管理的基本單位（管理內存、管理打開的文件等）。
線程：調度、執行的基本單位。
在 Linux 中線程也叫做輕量級進程 LWP。
每次創建一個新的進程，會分配一個新的虛擬地址空間。
每次創建一個新的線程，線程共用原來的虛擬地址空間。

從 Linux 內核的角度來說，其實它並沒有線程的概念。Linux 把所有線程都當做進程來實現，它將線程和進程不加區分的統一到了 task_struct 中。

線程之間共用的資源

1. 虛擬地址空間。
2. 文件描述符表。

線程創建的時候，加上了 CLONE_VM 標記，這樣線程的內存描述符將直接指向父進程的內存描述符。

if (clone_flags & CLONE_VM) {
	// current 是父進程而 tsk 在 fork() 執行期間是共享子進程
    atomic_inc(&current->mm->mm_users);
    tsk->mm = current->mm;
}

線程之間不共用的資源

1. 棧。
2. 上下文信息（寄存器信息）。
3. errno（每個線程有自己單獨的錯誤碼）。

對於 Linux 進程或者說主線程，其 stack 是在 fork 的時候生成的，實際上就是複製了父親的 stack 空間地址，然後寫時拷貝 (cow) 以及動態增長。
然而對於主線程生成的子線程而言，其 stack 將不再是這樣的了，而是事先固定下來的。
線程棧不能動態增長，一旦用盡就沒了，這是和生成進程的 fork 不同的地方。

線程的優點

相比於進程來說：

1. 創建和銷燬開銷更小。
2. 切換調度的開銷更小。
3. 線程佔用的資源更小。

多線程程序能夠充分利用多核處理器。
栗子：因爲我的虛擬機是 2 核的，所以 CPU 最多使用是 200%

線程的缺點

1. 程序的健壯性降低，一個線程的異常終止會導致整個進程異常終止。
2. 編程 && 調試難度增加（引入了線程安全問題）。

線程的用途

1. 提升 CPU 密集型程序執行效率。
2. 提高 IO 密集型程序的體驗。
   • 通過網絡進行 IO。
   • 響應 UI 界面。

---

EOF