Unix/Linux编程：线程

淡淡的烟草味﹌ 2022-10-16 15:20 214阅读 0赞

*  线程是允许应用程序并发执行多个任务的一种机制
 *  一个进程可以包含单个线程。同一程序中的所有线程均会独立执行相同程序，而且**共享同一份全局内存区域，其中包含初始化数据段、未初始化数据段、堆积堆内存段**。如下图所示

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poaXpoZW5nZ3Vhbg_size_16_color_FFFFFF_t_70]

(注意，上图简化了，线程栈的位置可能会与共享库和共享内存区域混杂在一起，这取决于创建线程、加载共享库，以及映射共享内存的具体顺序。)

*  同一进程中的多个线程可以并发执行。在处理器下，在多处理器环境下，多个线程可以同时并行。如果一线程因为等待IO操作而阻塞，那么其他线程仍然可以继续执行

对于某些应用而言，线程要由于进程。传统Unix通过创建多个进程来实现并行任务，以网络服务器的设计为例，服务器进程(父)在接受客户端连接后，会调用fork()来创建一个单独的子进程，以便处理与客户端的通信。采用这种设计，服务器就能同时为多个客户端提供服务器。但这种方法可能会存在如下限制：

*  进程间的信息难以共享。由于除去只读代码段之外，父子进程并未共享内存，因此必须采用一些进程间通信(IPC)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。即使利用写时复制技术，仍然需要复制比如内存页表(page table)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。

线程解决了上述两个问题：

*  线程之间能够方便、快速的共享信息。只需要将数据复制到共享(全局或堆)变量中即可。不过，需要使用同步技术来避免多个线程试图同时修改同一份信息的情况
 *  创建线程比创建进程要快得多。线程的创建之所以较快，是因为调用fork()创建子进程时需要复制很多属性，而线程间天生共享。特别是，既无需采用写时复制来复制内存页，也无需复制页表。

除了全局内存之外，线程还共享了一干其他属性（这些属性对于进程而言是全局性的，  
而并非针对某个特定线程），包括以下内容。

*  进程 ID（process ID）和父进程 ID。
 *  进程组 ID 与会话 ID（session ID）。
 *  控制终端。
 *  进程凭证（process credential）（用户 ID 和组 ID ）。
 *  打开的文件描述符。
 *  由 fcntl()创建的记录锁（record lock）。
 *  信号（signal）处置。
 *  文件系统的相关信息：文件权限掩码（umask）、当前工作目录和根目录。
 *  间隔定时器（setitimer()）和 POSIX 定时器（timer\_create()）。
 *  系统 V（system V）信号量撤销（undo，semadj）值、
 *  资源限制（resource limit）。
 *  CPU 时间消耗（由 times()返回）。
 *  资源消耗（由 getrusage()返回）。
 *  nice 值（由 setpriority()和 nice()设置）。

各线程所独有的属性，如下列出了其中一部分。

*  线程 ID（thread ID，29.5 节）。
 *  信号掩码（signal mask）。
 *  线程特有数据（31.3 节）。
 *  备选信号栈（sigaltstack()）。
 *  errno 变量。
 *  浮点型（floating-point）环境（见 fenv(3)）。
 *  实时调度策略（real-time scheduling policy）和优先级。
 *  CPU 亲和力（affinity，Linux 所特有）。
 *  能力（capability，Linux 所特有）。
 *  栈，本地变量和函数的调用链接（linkage）信息。

如上图所示，所有线程均驻留于同一虚拟地址空间。这也意味着，利用一个合适的指针，各线程可以在对方栈中相互共享数据。这种方法偶尔也能派上用场，但由于局部变量的状态有效与否依赖于其所驻留栈帧的生命周期，故而需要在编程中谨慎处理这一问题。（当函数返回时，该函数栈帧所占用的内存区域有可能为后续的函数调用所重新使用。如果线程终止，那么新线程有可能会对已终止线程的栈所占用的  
内存空间重新加以利用）。若无法正确处理这一依赖关系，由此而产生的程序 bug 将难以捕获

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