一。什么是线程?
在传统操作系统中,每个进程都有一个地址空间,而且默认就有一个控制线程。
进程只是把资源集中到一起(进程只是一个资源单位/资源集合),而线程才是cpu上的执行单位。
多线程:在一个进程中存在多个控制线程,多个控制线程共享进程的地址空间。
二。线程的创建开销小
创建线程的开销要远小于创建进程的开销,
"进程之间是竞争关系,线程之间是协作关系"
三。线程与进程的区别
1。线程共享创建它的进程的地址空间;进程有自己的地址空间 2。线程可以直接访问其进程的数据段;进程有自己的父进程数据段的副班 3。线程可以直接与进程中的其他线程通信;进程必须使用进程间通信来与同级进程通信 4。新线程很容易创建;新进程需要父进程的复制 5。线程可以对同一进程的线程进行相当大的控制;进程只能对子进程进行控制 6。主线程得更改(取消,优先级更改等)可能会影响进程中其他线程的行为;对父进程的修改不会影响子进程
四。为何使用多线程
多线程指的是,在一个进程中开启多个线程。简单的讲:如果多个任务共用一块地址空间,那么必须在一个进程中开启多个线程。详细讲分为4点:
1.多线程共享一个进程的地址空间。 2.线程比进程更轻量级,线程比进程更容易创建可撤销,在许多操作系统中,创建一个线程比一个进程要快1--100倍,在有大量线程需要动态和快速修改时,这一特性很有用。 3.若多个线程都是cpu密集型的,那么并不能获得性能上的增强,但是如果存在大量的计算和大量的I/O处理,拥有多个线程允许这些活动彼此重叠运行,从而会加速程序执行的速度。 4.在多cpu系统中,为了最大限度的利用多核,可以开启多个线程,比开启进程开销要小很多(!!!这一条,并不适用于python
五。多线程的应用举例
开启一个字处理软件进程,该进程肯定需要办不止一件事情,比如监听键盘输入,处理文字,定时自动将文字保存到硬盘,这三个任务操作的都是同一块数据,因而不能用多进程。只能在一个进程里并发的开启三个线程,如果是单线程,那就只能是,键盘输入时,不能处理文字和自动保存,自动保存时又不能输入和处理文字。
六。经典的线程模型(了解)
多个线程共享同一个进程的地址空间中的资源,是对一台计算机上多个进程的模拟,有时也称线程为轻量级的进程。
而对一台计算机上多个进程,则共享物理内存,磁盘,打印机等其他物理资源。
多线程的运行也和多进程的运行相似,是cpu在多个线程之间的快速切换。
不同的进程之间是竞争关系,会抢占各种资源。而同一进程里的多个线程是由一个程序创建的,所以同一进程内的线程是合作关系,一个线程可以访问另外一个线程的内存地址,大家都是共享的。
类似于进程,每个线程也有自己的堆栈。
不同于进程,线程库无法利用时钟中断强制线程让出cpu,可以调用thread_yield运行线程自动放弃cpu,让另外一个线程运行。
线程通常是有益的,但是带来了不小程序设计难度,线程的问题是:
1.父进程有多个线程,那么开启的子进程是否需要同样多的线程?
如果是,当父进程中某个线程被阻塞,那么copy到子进程后,copy版的线程也要被阻塞吗?想一想nginx的多线程模式接收用户连接
2.在同一个进程中,如果一个线程关闭了问题,而另外一个线程正准备往该文件内写内容。
如果一个线程注意到没有内存了,并开始分配更多的内存,在工作到一半时,发生线程切换,新的线程也发现内存不够用了,又开始分配更多的内存,这样内存就被分配了多次,这些问题都是多线程编程的典型问题,需要仔细思考和设计
七。POSIX线程(了解)
为了实现可移植的线程程序,IEEE在IEEE标准1003.1c中定义了线程标准,它定义的线程包叫Pthread。大部分UNIX系统都支持该标准,简单介绍如下:
八。在用户空间实现的线程(了解)
线程的实现可以分为两类:用户级线程和内核级线程,后者又称为内核支持的线程或轻量级线程。在多线程操作系统中,各个系统的实现方式并不相同,在有的系统中实现了用户级线程,有的系统实现了内核级线程。
用户级线程内核的切换由用户态程序控制内核切换,不需要内核干涉,少了进出内核态的消耗,但不能很好的利用多核cpu,目前Linux pthread大体是这么做的。
在用户空间模拟操作系统对进程的调度,来调用一个进程中的线程,每个进程中都会有一个运行时系统,用来调度线程。此时当该进程获取cpu时,进程内再调度一个线程去执行,同一时刻只有一个线程执行。
九。在内核空间实现的线程(了解)
内核级线程:切换由内核控制,当线程进行切换的时候,由用户态转化为内核态。切换完毕要从内核态返回用户态;可以很好的利用smp,即利用多核cpu。Windows线程就是这样的。
十。用户级与内核级线程的对比(了解)
以下是用户级线程和内核级线程的区别:
1.内核支持线程是os内核感知的,而用户级线程os内核不可感知 2.用户级线程的创建,撤销和调度不需要os内核的支持,是在语言这一级处理的;而内核支持线程的创建,撤销和调度都需要os内核提供支持,而且与进程的创建,撤销和调度大体是相同的。 3.用户级线程执行系统调用指令时将导致其所属进程被中断,而内核支持线程执行系统调用指令时,只导致该线程被中断。 4.在只有用户级线程的系统内,CPU调度还是以进程为单位,处于运行状态的进程中的多个线程,由用户程序控制线程的轮换运行;在有内核支持线程的系统内,cpu调度则以线程为单位,由os的线程调度程序负责线程的调度 5.用户级线程的程序实体是运行在用户态下的程序,而内核支持线程的程序实体则是可以运行在任何状态下的程序。
内核线程的优缺点:
优点:当有多个处理机时,一个进程的多个线程可以同时执行
缺点:由内核进行调度
用户线程的优缺点:
优点: 1.线程的调度不需要内核参与,调度简单 2.可以在不支持线程的操作系统中实现 3.创建和销毁线程,线程切换代价等线程管理的代价比内核线程少得多 4.允许每个进程定制自己的调度算法,线程管理比较灵活 5.线程能够利用的表空间和堆栈空间比内核态线程多 6.同一进程中只能同时有一个线程在运行,如果有一个线程使用了系统调用而阻塞,那么整个进程都会被挂起。另外,页面失效也会产生同样的问题。 缺点: 资源调度按照进程进行,多个处理机下,同一个进程中的线程只能在同一个处理机下分时复用。
十一。混合实现(了解)
用户级与内核级的多路复用,内核同一调度内核线程,每个内核线程对应n个用户线程。
十二。线程小故事