【Linux】线程的概念理解，从感知理解到全面深入

1.初始线程概念

在伟大的”计算机哲学“操作系统这本书中，一般给出线程的概念为：是在进程内部运行的一个执行分支（执行流），属于进程的一部分，粒度要比进程更加细腻和轻量化。大家对这一概念一看而过既可以，不必特别纠结！下面我将带大家深入理解线程的概念！

2.Linux线程是什么？

2.1由Windows线程到Linux线程

我们一般学过Windows开发的都知道，在Windows中存在单独的线程TCB。但是，Linux中没有专门为线程设计TCB，而是用进程的PCB来模拟线程。

Linux之所以采用这样的设计：不用维护复杂的进程和线程的关系，不用单独为线程设计任何算法，直接使用线程的一套相关方法。OS只需要聚焦在线程间的资源分配上就可以了！

2.2如今的进程VS之前的进程

话不多说，先来上一张图片，加入大家对Linux系统中轻量级进程的理解，如下所示：

之前的进程，内部只有一个执行流的进程。今天的进程，内部可以具有多个执行流。
创建进程的”成本“非常高，要使用的资源非常多（由1到1）成本：时间+空间。现在有了轻量级进程后，从内核视角来看：进程是承担分配系统资源的基本实体。线程是CPU调度的基本单位，承担进程资源的一部分的基本实体。进程划分资源给线程！

3.Linux线程与接口关系的认识

Linux PCB 小于等于传统意义上的进程PCB。Linux进程即为轻量级进程。在Linux中线程由OS创建，CPU调度。

Linux因为是用进程模拟的，所以Linux下不会给我们提供直接操作线程的接口，而是给我们提供，在同一个地址空间内部创建PCB的方法，分配资源给指定PCB的接口。Linux本身不会提供线程操作的接口，这对用户来说操作不是特别友好，所以系统级别的工程师，开发了一套可以让用户直接使用的接口，原生线程库（用户层）

4.再谈线程概念

线程在进程的地址空间内运行！CPU调度的时候只看PCB，每一个PCB曾经被指派过指向方法和数据，CPU可以直接的调度，线程属于进程的一部分。从以下几点理解之句话：

• 在一个程序里的一个执行路线就叫做线程（thread）。更准确的定义是：线程是”一个进程内部的控制序列。“
• 一切进程至少都有一个执行线程。
• 线程在进程内部运行，本质是在进程地址空间内运行。
• 在Linux系统中，在CPU眼中，看到的PCB都要比传统的进程更加轻量化。
• 透过进程虚拟地址空间，可以看到进程的大部分资源，将进程资源合理分配给每个执行流，就形成了线程执行流。

5.线程的优点

• 创建一个新线程的代价要比创建一个新进程小得多
• 与进程之间的切换相比，线程之间的切换需要操作系统做的工作要少很多
• 线程占用的资源要比进程少很多
• 能充分利用多处理器的可并行数量
• 在等待慢速I/O操作结束的同时，程序可执行其他的计算任务
• 计算密集型应用，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
• 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。

6.线程的缺点

• 性能损失： 一个很少被外部事件阻塞的计算密集型线程往往无法与共它线程共享同一个处理器。如果计算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，因时间分配上的细微偏差或者因共享了不该共享的变量而造成不良影响的可能性是很大的，换句话说线程之间是缺乏保护的。
• 缺乏访问控制： 进程是访问控制的基本粒度，在一个线程中调用某些OS函数会对整个进程造成影响。
• 编程难度提高： 编写与调试一个多线程程序比单线程程序困难得多

7.线程的异常

• 单个线程如果出现除零，野指针问题导致线程崩溃，进程也会随着崩溃
• 线程是进程的执行分支，线程出异常，就类似进程出异常，进而触发信号机制，终止进程，进程终止，该进程内的所有线程也就随即退出

8.线程和进程之间的联系

8.1

• 进程是资源分配的基本单位
• 线程是调度的基本单位
• 线程共享进程数据，但也拥有自己的一部分数据：
  1）线程ID
  2）一组寄存器
  3）栈
  4）errno
  5）信号屏蔽字
  6）调度优先级

8.2

进程的多个线程共享同一地址空间,因此Text Segment、Data Segment都是共享的,如果定义一个函数,在各线程中都可以调用,如果定义一个全局变量,在各线程中都可以访问到,除此之外,各线程还共享以下进程资源和环境：
1）文件描述符表
2）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）
3）当前工作目录
4）用户id和组id

8.3