3.1、线程概述

1.线程概述

• 与进程（process）类似，线程（thread）是允许应用程序并发执行多个任务的一种机制。一个进程可以包含多个线程。同一个程序中的所有线程均会独立执行相同程序，且共享同一份全局内存区域，其中包括初始化数据段、未初始化数据段，以及堆内存段。（传统意义上的 UNIX 进程只是多线程程序的一个特例，该进程只包含一个线程）
• 进程是 CPU 分配资源的最小单位，线程是操作系统调度执行的最小单位。
• 线程是轻量级的进程（LWP：Light Weight Process），在 Linux 环境下线程的本质仍是进程。
• 查看指定进程的 LWP 号：ps –Lf pid

2.线程和进程区别

• 进程间的信息难以共享。由于除去只读代码段外，父子进程并未共享内存，因此必须采用一些进程间通信方式，在进程间进行信息交换。
• 调用 fork() 来创建进程的代价相对较高，即便利用写时复制技术，仍然需要复制诸如内存页表和文件描述符表之类的多种进程属性，这意味着 fork() 调用在时间上的开销依然不菲。
• 线程之间能够方便、快速地共享信息。只需将数据复制到共享（全局或堆）变量中即可。
• 创建线程比创建进程通常要快 10 倍甚至更多。线程间是共享虚拟地址空间的，无需采用写时复制来复制内存，也无需复制页表。

3.线程和进程虚拟地址空间

使用fork()命令创建子进程的时候，采用读时共享写时复制的行为，但是父进程和子进程任然会存在自己独立的内核区和数据区。线程之间时共享内核区数据和大部分数据区也是共享的(栈和.text等会分成多个小部分分别留给每一个线程，但本质上还是共享的)。

4.线程之间共享和非共享资源

①共享资源

• 进程 ID 和父进程 ID
• 进程组 ID 和会话 ID
• 用户 ID 和 用户组 ID
• 文件描述符表
• 信号处置
  文件系统的相关信息：文件权限掩码
  (umask)、当前工作目录
• 虚拟地址空间（除栈、.text）

②非共享资源

• 线程 ID
• 信号掩码(每个信号有自己的阻塞信号集等)
• 线程特有数据
• error 变量(每个线程有自己独有的错误号)
• 实时调度策略和优先级
• 栈，本地变量和函数的调用链接信息

5.线程版本NPTL

• 当 Linux 最初开发时，在内核中并不能真正支持线程。但是它的确可以通过 clone() 系统调用将进程作为可调度的实体。这个调用创建了调用进程（calling process）的一个拷贝，这个拷贝与调用进程共享相同的地址空间。LinuxThreads 项目使用这个调用来完成在用户空间模拟对线程的支持。不幸的是，这种方法有一些缺点，尤其是在信号处理、调度和进程间同步等方面都存在问题。另外，这个线程模型也不符合 POSIX 的要求。
• 要改进 LinuxThreads，需要内核的支持，并且重写线程库。有两个相互竞争的项目开始来满足这些要求。一个包括 IBM 的开发人员的团队开展了 NGPT（Next-Generation POSIX Threads）项目。同时，Red Hat 的一些开发人员开展了 NPTL 项目。NGPT 在 2003 年中期被放弃了，把这个领域完全留给了 NPTL。
• NPTL，或称为 Native POSIX Thread Library，是 Linux 线程的一个新实现，它克服了 LinuxThreads 的缺点，同时也符合 POSIX 的需求。与 LinuxThreads 相比，它在性能和稳定性方面都提供了重大的改进。
• 查看当前 pthread 库版本：getconf GNU_LIBPTHREAD_VERSION