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线程概述

  • 与进程(process)类似,线程(thread)是允许应用程序并发执行多个任务的一种机制。一个进程可以包含多个线程。同一个程序中的所有线程均会独立执行相同程序,且共 享同一份全局内存区域,其中包括初始化数据段、未初始化数据段,以及堆内存段。(传 统意义上的 UNIX 进程只是多线程程序的一个特例,该进程只包含一个线程)

  • 进程是 CPU 分配资源的最小单位,线程是操作系统调度执行的最小单位。

  • 线程是轻量级的进程(LWP:Light Weight Process),在 Linux 环境下线程的本 质仍是进程。

  • 查看指定进程的 LWP 号:ps –Lf pid

线程和进程区别

  • 进程间的信息难以共享。由于除去只读代码段外,父子进程并未共享内存,因此必须采用一些进程间通信方式,在进程间进行信息交换。

  • 调用 fork() 来创建进程的代价相对较高,即便利用写时复制技术,仍然需要复制诸如 内存页表和文件描述符表之类的多种进程属性,这意味着 fork() 调用在时间上的开销 依然不菲。

  • 线程之间能够方便、快速地共享信息。只需将数据复制到共享(全局或堆)变量中即可。

  • 创建线程比创建进程通常要快 10 倍甚至更多。线程间是共享虚拟地址空间的,无需采 用写时复制来复制内存,也无需复制页表。

线程和进程虚拟地址空间

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线程之间共享和非共享资源

  • 共享资源

    • 进程 ID 和父进程 ID
    • p进程组 ID 和会话 ID
    • p用户 ID 和 用户组 ID
    • 文件描述符表
    • 信号处置
    • 文件系统的相关信息:文件权限掩码(umask)、当前工作目录
    • 虚拟地址空间(除栈、.text)
  • 非共享资源

    • 非共享资源
    • 信号掩码
    • 线程特有数据
    • perror 变 量
    • 实时调度策略和优先级
    • 栈,本地变量和函数的调用链接信息

NPTL

  • 当 Linux 最初开发时,在内核中并不能真正支持线程。但是它的确可以通过 clone() 系统调用将进程作为可调度的实体。这个调用创建了调用进程(calling process)的 一个拷贝,这个拷贝与调用进程共享相同的地址空间。LinuxThreads 项目使用这个调用 来完成在用户空间模拟对线程的支持。不幸的是,这种方法有一些缺点,尤其是在信号处 理、调度和进程间同步等方面都存在问题。另外,这个线程模型也不符合 POSIX 的要求。

  • 要改进 LinuxThreads,需要内核的支持,并且重写线程库。有两个相互竞争的项目开始 来满足这些要求。一个包括 IBM 的开发人员的团队开展了 NGPT(Next-Generation POSIX Threads)项目。同时,Red Hat 的一些开发人员开展了 NPTL 项目。NGPT 在 2003 年中期被放弃了,把这个领域完全留给了 NPTL。

  • NPTL,或称为 Native POSIX Thread Library,是 Linux 线程的一个新实现,它 克服了 LinuxThreads 的缺点,同时也符合 POSIX 的需求。与 LinuxThreads 相 比,它在性能和稳定性方面都提供了重大的改进。

  • 查看当前 pthread 库版本:getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION

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