Linux：线程的概念

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文章目录

• 前言
• 一、线程的概念
• • 线程代码的简单示例
  • 总结

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    前言

    本文是对于线程概念的知识总结

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    一、线程的概念

    在课本上，线程是比进程更轻量级的一种指向流 或 线程是在进程内部执行的一种执行流。

    我们再提出两个理解，线程是CPU调度的基本单位 / 进程是承担系统资源的基本实体。

    先记住上面的结论

    我们知道，进程 = 内核数据结构 + 代码和数据构成的。

    CPU要调度进程，就要有运行队列，而运行队列中排队的就是pcb。CPU通过这些pcb，找到对应的地址空间，进而通过地址空间中的虚拟地址，在页表中映射物理地址，从而找到对应的代码和数据。那么，我们是不是可以将地址空间理解为进程的资源窗口，毕竟进程想要访问正文代码，数据，new和malloc的空间，共享库，栈上的临时数据，命令行参数和环境变量等都是通过地址空间来进行的。

    那么，我们如果要创建进程，就要创建对应的pcb，地址空间，将磁盘中的代码和数据加载进内存，再将地址空间中的虚拟地址与物理地址映射构成页表，打开stdin，stdout，stderr构建文件资源描述表，初始化信号处理过程等，这样看来进程创建的成本还挺高的。那为了减少成本，我们能不能在进程内部，再创建多个pcb指向该进程的地址空间，将代码分成多个，并将私有的数据，使每个pcb各自私有一份，可以共享的数据就共享。当CPU来调度其中一个pcb时，其只会运行该进程的一部分代码和一部分数据。我们就可以将这种比以往进程更轻(创建成本)的东西，称为线程。

    在linux程序员看来，描述线程的结构体(TCB Thread control block ) 中属性在pcb中都有。那如果我们把pcb来充当tcb，我们就可以把进程调度，切换的代码在线程级别复用起来，而不用再单独设计线程。也就说，以后再创建线程，只需要创建pcb，然后指向同一个进程地址空间，线程的管理就可以复用进程的管理代码。这就是linux中线程的实现方案。

    那就有一个问题，在CPU看来，一个pcb到底是进程还是线程，或者说CPU要不要区分一个pcb是进程还是线程。答案很明显，CPU不需要区分进程和线程，CPU只需要根据pcb的地址空间来执行代码即可。也就是现在CPU拿到一个pcb，其执行流是小于等于进程的(当该进程内有多个pcb，其执行流小于进程；当该进程只有一个pcb，其执行流等于该进程)。那现在什么是进程？进程 = 该进程的所有pcb + 地址空间 + 页表 + 代码和数据。与以往进程的区别就是，现在进程内部有多个执行流，以前进程内部只有一个执行流。

    红色框内的所有东西之和就是进程。

    现在我们就可以理解进程是承担分配系统资源的基本实体，线程是参与资源分配。进程创建要申请系统资源，来创建一个pcb，地址空间，页表，代码和数据，线程创建就是创建一个pcb来分配该进程内部的资源(划分地址空间)。实际上，在linux中并没有真正意义的线程，只是用进程的数据结构来模拟的线程。这种描述执行流的pcb就是轻量级进程(LWP light wigth process 执行流小于等于进程)。那以后，CPU调度就不再是进程，而是一个一个的轻量级进程(pcb)，也就是线程是CPU调度的基本单位。

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    线程比进程更轻量化的原因

    • 线程创建销毁更简单，线程只需创建销毁一个pcb来参与资源的分配，而进程创建销毁不仅仅只需要一个pcb
    • 线程在地址空间中运行
    • 线程调度更简单；在同一进程内，线程之间切换是不需要更改地址空间和页表，只需要将运行中产生的临时数据进行切换即可，也就是只需切换少量的上下文数据。但这不是主要原因，在cpu内有一个大的存储空间cache用来进行数据的缓存(热数据)，cache在缓存中是以进程为单位的，那理论上，线程做切换，就不需要切换cache，着就是线程切换更简单。因为有局部性原理(如当前访问的代码附近的代码，有可能是下次要访问的代码)给预加载机制，提供理论基础，

      线程代码的简单示例

      经过上面的描述，我们已经对线程有了一定的理解，下面就让我们在代码层面上来看看。

      #include #include #include #include // 新线程void *ThreadRountine(void *arg){    const char *threadname = (const char *)arg;    while (true)    {        std::cout     pthread_t tid;     pthread_create(&tid, nullptr, ThreadRountine, (void*)"thread 1");    // 主线程    while (true)    {        std::cout     const char *threadname = (const char *)arg;    while (true)    {        std::cout     pthread_t tid;     pthread_create(&tid, nullptr, ThreadRountine, (void*)"thread 1");    // 主线程    while (true)    {        std::cout