Linux系统编程-线程（一）：概述【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】【进程是一个资源管家负责从系统要资源，线程是干活的苦力；一个进程完成一项工作，最少需要一个线程】

绝地灬酷狼 2023-09-27 11:18 9阅读 0赞

## 一、线程概念 ##

在许多经典的操作系统教科书中，总是把进程定义为程序的执行实例，它并不执行什么, 只是维护应用程序所需的各种资源，而线程则是真正的执行实体。

所以，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。

为了让进程完成一定的工作，进程必须至少包含一个线程。

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进程，直观点说，保存在硬盘上的程序运行以后，会在内存空间里形成一个独立的内存体，这个内存体有自己的地址空间，有自己的堆，上级挂靠单位是操作系统。操作系统会以进程为单位，分配系统资源，所以我们也说，**进程是CPU分配资源的最小单位**。

线程存在与进程当中(进程可以认为是线程的容器)，**线程是操作系统调度执行的最小单位**。说通俗点，线程就是干活的。

进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

线程是进程的一个实体，是 CPU 调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位。

线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源（如程序计数器，一组寄存器和栈），但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

如果说进程是一个资源管家，负责从主人那里要资源的话，那么线程就是干活的苦力。一个管家必须完成一项工作，就需要最少一个苦力，也就是说，一个进程最少包含一个线程，也可以包含多个线程。苦力要干活，就需要依托于管家，所以说一个线程，必须属于某一个进程。

进程有自己的地址空间，线程使用进程的地址空间，也就是说，进程里的资源，线程都是有权访问的，比如说堆啊，栈啊，静态存储区什么的。

> 进程是操作系统分配资源的最小单位
> 
> 线程是操作系统调度的最小单位

## 二、线程函数列表安装 ##

命令：

> sudo apt-get install manpages-posix-dev

【说明】manpages-posix-dev 包含 POSIX 的 header files 和 library calls 的用法

查看：

> man -k pthread

## 三、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全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、调度和进程间同步原语方面都存在问题。另外，这个线程模型也不符合 POSIX 的要求。

要改进 LinuxThreads，非常明显我们需要内核的支持，并且需要重写线程库。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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## 四、线程的特点 ##

类Unix系统中，早期是没有“线程”概念的，80年代才引入，借助进程机制实现出了线程的概念。

因此在这类系统中，进程和线程关系密切：

*  1) 线程是轻量级进程(light-weight process)，也有PCB，创建线程使用的底层函数和进程一样，都是clone【使用clone函数，如果是深拷贝就是子进程；如果是浅拷贝就是线程】；
 *  2) 从内核里看进程和线程是一样的，都有各自不同的PCB；
 *  3) 进程可以蜕变成线程；
 *  4) 在linux下，线程最是小的执行单位；进程是最小的分配资源单位；

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查看指定进程的LWP号：

> ps -Lf pid

实际上，无论是创建进程的fork，还是创建线程的pthread\_create，底层实现都是调用同一个内核函数 clone 。

*  如果复制对方的地址空间，那么就产出一个“进程”；
 *  如果共享对方的地址空间，就产生一个“线程”。

Linux内核是不区分进程和线程的, 只在用户层面上进行区分。所以，线程所有操作函数 pthread\_\* 是库函数，而非系统调用。

## 五、线程共享资源 ##

1) 文件描述符表

2) 每种信号的处理方式

3) 当前工作目录

4) 用户ID和组ID

内存地址空间 (.text/.data/.bss/heap/共享库)

## 六、线程非共享资源 ##

1) 线程id

2) 处理器现场和栈指针(内核栈)

3) 独立的栈空间(用户空间栈)

4) errno变量

5) 信号屏蔽字

6) 调度优先级

## 七、线程的优缺点 ##

**优点：**

*  提高程序并发性
 *  开销小
 *  数据通信、共享数据方便

**缺点：**

*  库函数，不稳定
 *  调试、编写困难、gdb不支持
 *  对信号支持不好

优点相对突出，缺点均不是硬伤。Linux下由于实现方法导致进程、线程差别不是很大。

##  ##

## 八、线程使用注意事项 ##

1) 主线程退出其他线程不退出，主线程应调用pthread\_exit

2) 避免僵尸线程

*  a) pthread\_join
 *  b) pthread\_detach
 *  c) pthread\_create指定分离属性

被join线程可能在join函数返回前就释放完自己的所有内存资源，所以不应当返回被回收线程栈中的值;

3) malloc和mmap申请的内存可以被其他线程释放

4) 应避免在多线程模型中调用fork，除非马上exec，子进程中只有调用fork的线程存在，其他线程t在子进程中均pthread\_exit

5) 信号的复杂语义很难和多线程共存，应避免在多线程引入信号机制

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