关于多线程 | 青训营

2023年 8月 24日 48.2k 0

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Linux线程的概念

什么是线程

  • 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。

需要明确的是,一个进程的创建实际上伴随着其进程控制块(task_struct)、进程地址空间(mm_struct)以及页表的创建,虚拟地址和物理地址就是通过页表建立映射的。
在这里插入图片描述
此时我们创建的实际上就是四个线程:

  • 其中每一个线程都是当前进程里面的一个执行流,也就是我们常说的“线程是进程内部的一个执行分支”。
  • 同时我们也可以看出,线程在进程内部运行,本质就是线程在进程地址空间内运行,也就是说曾经这个进程申请的所有资源,几乎都是被所有线程共享的。
  • 单纯从技术角度,这个是一定能实现的,因为它比创建一个原始进程所做的工作更轻量化了。

因此,所谓的进程并不是通过task_struct来衡量的,除了task_struct之外,一个进程还要有进程地址空间、文件、信号等等,合起来称之为一个进程。

现在我们应该站在内核角度来理解进程:承担分配系统资源的基本实体,叫做进程。

换言之,当我们创建进程时是创建一个task_struct、创建地址空间、维护页表,然后在物理内存当中开辟空间、构建映射,打开进程默认打开的相关文件、注册信号对应的处理方案等等。

而我们之前接触到的进程都只有一个task_struct,也就是该进程内部只有一个执行流,即单执行流进程,反之,内部有多个执行流的进程叫做多执行流进程。

在Linux中,站在CPU的角度,能否识别当前调度的task_struct是进程还是线程? 不能,也不需要了,因为CPU只关心一个一个的独立执行流。无论进程内部只有一个执行流还是有多个执行流,CPU都是以task_struct为单位进行调度的。
Linux下并不存在真正的多线程!而是用进程模拟的!

操作系统中存在大量的进程,一个进程内又存在一个或多个线程,因此线程的数量一定比进程的数量多,当线程的数量足够多的时候,很明显线程的执行粒度要比进程更细。

如果一款操作系统要支持真的线程,那么就需要对这些线程进行管理。比如说创建线程、终止线程、调度线程、切换线程、给线程分配资源、释放资源以及回收资源等等,所有的这一套相比较进程都需要另起炉灶,搭建一套与进程平行的线程管理模块。

因此,如果要支持真的线程一定会提高设计操作系统的复杂程度。在Linux看来,描述线程的控制块和描述进程的控制块是类似的,因此Linux并没有重新为线程设计数据结构,而是直接复用了进程控制块,所以我们说Linux中的所有执行流都叫做轻量级进程。

但也有支持真的线程的操作系统,比如Windows操作系统,因此Windows操作系统系统的实现逻辑一定比Linux操作系统的实现逻辑要复杂得多。

既然在Linux没有真正意义的线程,那么也就绝对没有真正意义上的线程相关的系统调用!

这很好理解,既然在Linux中都没有真正意义上的线程了,那么自然也没有真正意义上的线程相关的系统调用了。但是Linux可以提供创建轻量级进程的接口,也就是创建进程,共享空间,其中最典型的代表就是vfork函数。

vfork函数的功能就是创建子进程,但是父子共享空间,v函数fork的函数原型如下:

pid_t vfork(void);

vfork函数的返回值与fork函数的返回值相同:

  • 给父进程返回子进程的PID。
  • 给子进程返回0

只不过vfork函数创建出来的子进程与其父进程共享地址空间,例如在下面的代码中,父进程使用vfork函数创建子进程,子进程将全局变量g_val由233改为了666,父进程休眠3秒后再读取到全局变量g_val的值。

#include
#include
#include
#include
int g_val=233;
int main()
{

pid_t id=vfork();
if(id==0)
{
g_val=666;
std::cout

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