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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 


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

http://www.lryc.cn/news/478653.html

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