Linux——線程概念及私有數(shù)據(jù)和優(yōu)缺點-創(chuàng)新互聯(lián)

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一.什么是線程

二.線程私有的數(shù)據(jù)

三.線程的優(yōu)點

四.線程的缺點

五.線程與進(jìn)程對比

一.什么是線程

線程是在進(jìn)程內(nèi)部運(yùn)行，一個進(jìn)程可以有多個線程。

打個比方，假如人是一個進(jìn)程，那么走路、思考、吃飯、說話作為不同的線程。一個進(jìn)程能有多個線程同時運(yùn)行，就好比一個人在走路時還可以思考、說話、吃飯一樣。

可以說，線程就是進(jìn)程的“四肢”，是進(jìn)程運(yùn)行的基本單位，是CPU調(diào)度的基本單位。

畫個草圖如下：

總結(jié)而言，在一個程序里的一個執(zhí)行路線就叫做線程，且一個進(jìn)程至少要有一個執(zhí)行線程。

線程與進(jìn)程共享虛擬地址空間、頁表等內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)和代碼。
線程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論上與進(jìn)程的不同，但基于線程和進(jìn)程的相似性，linux的線程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)依舊采用
task_struct結(jié)構(gòu)體，與進(jìn)程的一致。但是其他的操作系統(tǒng)線程有專屬的結(jié)構(gòu)，與進(jìn)程的不同。也就是說，linux沒有真正意義上的線程結(jié)構(gòu)，而是采用進(jìn)程的task_struct結(jié)構(gòu)體模擬的線程。

即便線程與進(jìn)程都采用task_struct結(jié)構(gòu)體，但是內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)依舊屬于進(jìn)程，線程只是與進(jìn)程共享。
換句話說，進(jìn)程 = 多個線程（執(zhí)行流）+ 內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) + 數(shù)據(jù) + 代碼。
而task_struct本質(zhì)就是進(jìn)程內(nèi)部的一個執(zhí)行流。
對于CPU而言，本質(zhì)上只是調(diào)度task_struct，而不會區(qū)分進(jìn)程還是線程。

圖示如下：

二.線程私有數(shù)據(jù)及區(qū)域

所有線程共享進(jìn)程的內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)及代碼，但是每個線程也有自己私有的數(shù)據(jù)。

比如線程id、寄存器和棧，還有errno、信號屏蔽字（block位圖）、調(diào)度優(yōu)先級。

linux的線程數(shù)據(jù)創(chuàng)建在共享區(qū)中，因此，線程結(jié)構(gòu)在共享區(qū)中。

linux使用pthread庫來創(chuàng)建及管理線程，而pthread作為動態(tài)庫需要加載到共享區(qū)，進(jìn)而線程創(chuàng)建在共享區(qū)中。

線程棧、局部存儲數(shù)據(jù)（__pthread類型變量）及線程id由pthread庫函數(shù)創(chuàng)建的struct pthread結(jié)構(gòu)體管理。該結(jié)構(gòu)體在共享區(qū)，因此，線程的棧也在共享區(qū)中。

值得注意的是：

①主線程使用虛擬地址空間中的棧區(qū)，只有其他線程使用共享區(qū)中分配的棧區(qū)。

②線程id（pthread_self()函數(shù)返回值）本質(zhì)是共享區(qū)pthread庫所分配給該線程空間的起始地址，即id本質(zhì)是一個地址。

圖示如下：

三.線程的優(yōu)點

①創(chuàng)建線程的代價比創(chuàng)建進(jìn)程小。創(chuàng)建線程只用創(chuàng)建task_struct結(jié)構(gòu)體，而進(jìn)程還有相關(guān)內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，加載數(shù)據(jù)和代碼。

②線程切換效率比進(jìn)程切換高。線程占用系統(tǒng)資源少，切換更高效。線程切換時不會清除緩存數(shù)據(jù)，進(jìn)程切換會清除緩存。

③線程可以充分利用CPU多核心的優(yōu)勢（多線程）。可以同時執(zhí)行不同的任務(wù)，使得多個任務(wù)能夠并發(fā)進(jìn)行。

④多線程可以提高計算密集型和IO密集型應(yīng)用的效率。計算密集型應(yīng)用可以將計算分給多個線程處理，IO密集型應(yīng)用可以使用多線程同時進(jìn)行不同的IO操作。

四.線程的缺點

①多線程的健壯性差。多線程之間沒有數(shù)據(jù)保護(hù)，可能存在因為線程執(zhí)行順序問題導(dǎo)致的數(shù)據(jù)錯誤。

②缺乏訪問控制。線程訪問某些系統(tǒng)函數(shù)可能會對整個進(jìn)程造成影響。

③多線程程序調(diào)試難度大。多線程代碼的調(diào)試比單線程困難許多。

五.線程與進(jìn)程對比

①一個進(jìn)程可以有多個線程，且只少有一個線程。

②進(jìn)程擁有內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)及代碼，線程只有使用權(quán)和必不可少的私有數(shù)據(jù)如寄存器和棧。

③線程執(zhí)行效率通常更高，但不安全。

④一個線程異常，整個進(jìn)程異常。

如有錯誤，敬請斧正

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