[Linux]------初识多线程

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前言

本节重点！！！

1. 了解线程概念，理解线程与进程的区别和联系。
2. 学会线程控制，线程创建，线程终止，线程等待。
3. 了解线程分离与线程安全概念。
4. 学会线程同步
5. 学会使用互斥锁，条件变量，POSIX信号量以及读写锁。
6. 理解基于读写锁的读者写者问题。

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正文开始！

一、 Linux线程概念

什么是线程

1. 在进程内部运行的执行流
2. 线程比进程粒度更细，调度成本更低
3. 线程是CPU调度的基本单位

CPU看到的所有的task_struct都是一个进程
CPU看到的所有的task_struct都是一个执行流(线程)

进程是调度的基本单位！

线程理解

• 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路线
• 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加轻量化
• 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！

线程内核对应的数据结构

证明

#include

#include
#include
#include
using namespace std;

void *callback1(void* args)
{
    string name=(char*)args;
    while(true)
    {
        cout<<name<<": "<<::getpid()<<endl;
        sleep(1);
    }
}
void *callback2(void* args)
{
    string name=(char*)args;
    while(true)
    {
        cout<<name<<": "<<::getpid()<<endl;
        sleep(1);
    }
}
int main()
{
    pthread_t tid1;
    pthread_t tid2;

    pthread_create(&tid1,nullptr,callback1,(char*)"thread 1");
    pthread_create(&tid2,nullptr,callback2,(char*)"thread 2");
    
    while(true)
    {
        cout<<"我是主线程..."<<::getpid()<<endl;
        sleep(1);
    }
    pthread_join(tid1,nullptr);
    pthread_join(tid2,nullptr);
    
    return 0;
}

g++ mythread.cc -o mythread -pthread -std=c++11

ps axj|head -1 && ps ajx | grep mythread

查看的时候只能看到mythread进程只有一个！

查看轻量级进程

ps -aL

C++线程库

#include
#include
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
    thread t([](){
        while(true)
        {
            cout<<"线程运行起来啦！"<<endl;
            sleep(1);
        }
    });
    t.join();

我们发现直接编译就报错了，说的是未定义的phread_create!

接下来链接线程库

g++ mythread.cc -o mythread -pthread -std=c++11

我们发现编译就可以通过了！

所以我们可以得出结论C++的底层一定是封装了Linux的库！

二、页表

Page的内核数据结构

以上的转化工作都是由硬件(MMU)[内存管理单元]完成的！

虚拟地址到物理地址方面的转化采用的是软(页表)硬件(MMU)结构结合的方式!!!

三、线程的优点

• 创建一个新线程的代价要比创建一个新进程小得多
• 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很多
• 线程占用的资源要比进程少很多
• 能充分利用多处理器的可并行数量
• 在等待慢速I/O操作结束的同事，程序可执行其他的计算任务
• 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。线程可以同时等待不同的I/O操作。

四、线程缺点

1. 性能损失
   • 一个很少被外部事件阻塞的计算密集型线程往往无法与共它线程共享一个处理器。如果计算密集型线程的数量比可用的处理器多，那么可能会有较大的性能损失，这里的性能损失指的是增加了额外的同步和调度开销，而可用的资源不变。
2. 健壮性降低
   • 编写多线程需要更全面更深入的考虑，在一个多线程程序里，因时间分配上的细微偏差或者因共享了不该共享的变量而造成的不良影响的可能性是很大的，换句话说线程之间是缺乏保护的。
3. 缺乏访问控制
   • 进程是访问控制的基本粒度，在一个线程中调用某些OS函数会对整个进程造成影响的。
4. 编程难度提高
   • 编写与调试一个多线程程序比单线程程序困难得多。

五、线程异常

• 单个线程如果出现除零，野指针问题导致线程崩溃，进程也会随着崩溃。
• 线程是进程的执行分支，线程出现异常，就类似进程出现异常，进而触发信号机制，终止进程，进程终止，该进程内的所有线程也就随即退出。

六、线程的用途

• 合理使用多线程，能提供CPU密集型程序的执行效率
• 合理使用多线程，能提高IO密集型程序的用户体验(如生活中我们一边一边写代码一边下载开发工具，就是多线程运行的一种表现)。

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总结

(本小节完！)