操作系统-理解线程概念

在学习了进程的相关概念之后，这次引入了线程的概念。
从以下几点来讨论线程：

1. 什么是线程
2. 线程与进程（区别与联系）
3. 线程的分类
4. 线程的优缺点

什么是线程

首先要来看一张图，这张图在前面进程时画过很多次，就不再赘述了。
常规而言：一个pcb对应着一个虚拟地址空间，通过页表映射到物理内存中。
然后我们又知道，vfork出的子进程是共享地址空间的。
所以：假设我今天vfork出三个进程出来，意味着当前多出了三个pcb，与父进程映射至同一个虚拟地址空间。

那么：我就将上图中一个一个的pcb称为线程，整张图称为进程。
假设：我将父进程所拥有的资源平均分成四份，四个进程一人一份，大家都去执行一部分代码。但是地址空间只有一份，他们所处理事情所需的资源都来自于父进程的资源。所以这每一个pcb代表了一个执行流，每个执行流都在进程的地址空间中运行的。
所以每一个执行一部分代码的pcb就称为线程。

线程是指：在进程内部的一个执行流。
一切进程至少都有一个执行线程

线程与进程

两句话：
进程是系统分配资源的最小实体
线程是cpu调度的基本单位
说明：
就像上文所说，进程是指刚刚所画的那张图，也就是进程要包括若干pcb与地址空间，与一大堆的资源。也就是说，对于进程来说，资源是至关重要的。所以，进程承担起了操作系统中资源分配的最小实体。也就是说，在操作系统中，进程是竞争资源的最小单位。
而刚才我们也说了，真正去执行代码的是每一个进程内部的执行流，即就是线程，也就是每一个pcb，那么站在cpu的角度，它只能看到一个一个的pcb。意味着，cpu在调度时，是依据pcb来调度的，所以，线程是cpu调度的基本单位。
关键字记忆：
进程 资源
线程 调度 pcb

那么就会有一个问题;一个进程中的所有线程都共享该进程的所有共享资源吗？还是共享某一部分？共享那一部分？
一个进程的多个线程共享：

同一地址空间，代码与数据都是共享的，函数与全局变量都可以被各线程访问到。
文件描述符表
每种信号的处理方式
当前工作目录
用户id和组id

线程私有资源：

线程id
上下文
私有栈
errno
信号屏蔽字
调度优先级

线程的分类

线程可以分为两大类：用户级线程和内核级线程

在纯用户级线程中，管理线程的所有工作都由应用程序完成，内核意识不到线程的存在。任何应用程序都可使用线程库设计成多线程程序。线程库是管理用户级线程的一个例程包，它包含创建和销毁线程的代码，在线程间传递消息和数据的代码，调度线程执行的代码，以及保存和恢复线程上下文的代码。

在纯内核级线程中，管理线程的所有工作均有内核完成，应用级没有线程管理代码，只有一个到内核线程设施的API。

线程的优缺点

线程的优点：

• 创建一个新线程的代价要比创建一个新进程代价小
• 与进程之间的切换相比，线程之间的切换需要操作系统做的工作要少得多
• 线程占用的资源比进程少很多
• 在等待慢速i/o操作结束的同时，程序可执行其他的运算任务。
• 计算密集型应用，为了能在多处理器系统上运行，将计算分解到多个线程中实现。
• i/o密集型应用，为了提高性能，将i/o操作重叠。线程可以等待不同的i/o操作。

线程的缺点：

• 性能损失
• 健壮性降低
• 缺乏访问控制
• 编程难度提高