(31)-5.1 Linux線性編程概述

Linux系統(tǒng)線程概述學(xué)習(xí)目標(biāo)了解線程的基本概念掌握線程和進(jìn)程的區(qū)別線程的概念線程是一種現(xiàn)代操作系統(tǒng)中的執(zhí)行模型熟練掌握多線程編程是一個(gè)成熟的linux程序員的標(biāo)志。多線程環(huán)境下的編程需要轉(zhuǎn)換許多觀念，很多在單線程下成立的定理并不一定在多線程的環(huán)境成立線程的概念與進(jìn)程類似，線程是允許應(yīng)用程序并發(fā)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)的一種機(jī)制。一個(gè)進(jìn)程包含多個(gè)線程，同一進(jìn)程中的所有線程均會獨(dú)立執(zhí)行相同程序，且共享一份全局內(nèi)存區(qū)域線程的定義：在一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)執(zhí)行路線就叫作線程，更準(zhǔn)確的定義是：線程是進(jìn)程內(nèi)部的一個(gè)控制序列。每個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)執(zhí)行線程，到目前為止，涉及的所有進(jìn)程都只有一個(gè)執(zhí)行線程。多線程的優(yōu)點(diǎn)通過為每種事件類型分配單獨(dú)的處理線程，可以簡化處理異步事件的代碼。每個(gè)線程在進(jìn)行任務(wù)處理時(shí)可以采用同步編程模式，同步編程模式要比異步編程模式簡單得多。多個(gè)線程可以自動地訪問相同的存儲地址空間和文件描述符。有些問題可以分解，從而提高整個(gè)程序的吞吐量。在只有一個(gè)控制線程的情況下，一個(gè)單線進(jìn)程要完成多個(gè)任務(wù)，只需要把這些任務(wù)串行化。但有多個(gè)控制線程時(shí)，相互獨(dú)立任務(wù)的處理就可以交叉進(jìn)行，此時(shí)只需要為每個(gè)任務(wù)分配一個(gè)單獨(dú)的線程。只有在兩個(gè)任務(wù)的處理過程互不依賴的情況下，兩個(gè)任務(wù)才可以交叉執(zhí)行。交互的程序同樣可以通過使用多線程來改善響應(yīng)時(shí)間，多線程可以把程序中處理用戶輸入和輸出的部分與其他部分分開。多線程的優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中，很多程序都是基于多線程的。網(wǎng)頁瀏覽即時(shí)通訊多線程、多處理器、多核系統(tǒng)程序運(yùn)行在單個(gè)處理器上，也能得到多線程編程模型的好處。處理器的數(shù)量并不影響程序結(jié)構(gòu)。不管處理器的數(shù)量有多少，程序都可以通過使用線程得以簡化。多個(gè)程序在執(zhí)行串行化任務(wù)時(shí)會受到阻塞，某些線程阻塞時(shí)另外一些線程可以運(yùn)行，所以多線程程序在單處理器上運(yùn)行也可以改善響應(yīng)時(shí)間和吞吐量。線程的屬性同一程序中的所有線程均會獨(dú)立執(zhí)行相同的程序，且共享同一份全局內(nèi)存區(qū)域，包括初始化的數(shù)據(jù)段、未初始化的數(shù)據(jù)段，以及堆內(nèi)存段線程還共享了一些其他屬性：進(jìn)程ID和父進(jìn)程ID；進(jìn)程組ID和會話ID；控制終端；進(jìn)程憑證（用戶ID和組ID）；線程的屬性線程還共享了一些其他屬性：打開的文件描述符；使用函數(shù)fcntl()創(chuàng)建的記錄鎖；信號處理；文件系統(tǒng)的相關(guān)信息，如文件權(quán)限掩碼、當(dāng)前工作目錄和根目錄；資源限制；CPU時(shí)間消耗；資源消耗；nice值。線程所獨(dú)有的屬性線程ID；信號掩碼；線程特有數(shù)據(jù)；備選信號棧；errno變量；浮點(diǎn)型環(huán)境；實(shí)時(shí)調(diào)度策略；CPU親和力；能力和棧（本地變量和函數(shù)的調(diào)用鏈接信息）進(jìn)程和線程的區(qū)別多線程具有如下優(yōu)勢：線程間的數(shù)據(jù)共享很簡單，相比之下，進(jìn)程間的數(shù)據(jù)共享需要更多的投入（例如，創(chuàng)建共享內(nèi)存段或者使用管道）。創(chuàng)建線程要快于創(chuàng)建進(jìn)程，線程的上下文切換耗時(shí)一般也比進(jìn)程要短。進(jìn)程和線程的區(qū)別多線程的劣勢如下：多線程編程時(shí)，需要確保調(diào)用線程安全的函數(shù)，或者以線程安全的方式來調(diào)用函數(shù)，多進(jìn)程應(yīng)用則無需關(guān)注這些。某個(gè)線程中的bug（例如，通過一個(gè)錯誤的指針來修改內(nèi)存）可能會危及該進(jìn)程的所有線程，因?yàn)樗麄児蚕碇嗤牡刂房臻g和其他屬性，相比之下，進(jìn)程間的隔離更加徹底。進(jìn)程和線程的區(qū)別多線程的劣勢如下：每個(gè)線程都在爭用宿主進(jìn)程中優(yōu)先的虛擬地址空間，一旦每個(gè)線程棧以及線程特有數(shù)據(jù)消耗掉進(jìn)程虛擬地址空間的一部分，則后續(xù)線程將無緣使用這些區(qū)域。盡管有效地址空間很大，但當(dāng)進(jìn)程分配大量線程，亦或線程使用大量內(nèi)存時(shí)，這一因素的限制作用也就凸現(xiàn)出來。與之相反，每個(gè)進(jìn)程都可以使用全部的有效虛擬內(nèi)存，僅受制于實(shí)際內(nèi)存和交換空間。選擇多線程還是多進(jìn)程?在多線程應(yīng)用中處理信號時(shí)，需要格外小心作為通則，一般建議避免在多線程程序中處理信號。在多線程應(yīng)用中，所有線程必須運(yùn)行同一個(gè)程序（即使可能會位于不同函數(shù)中）；對于多進(jìn)程應(yīng)用，不同的進(jìn)程則可以運(yùn)行不同的程序。除了數(shù)據(jù)，線程還可以共享其他信息（例如：文件描述符、信號處置、當(dāng)前工作目錄，以及用戶ID和組