多线程概念:线程的独有和共享

线程概念：

理解：
在Linux内核中，实质上是没有线程这个概念的，也没有提供创建线程的系统调用接口；（线程创建等接口是在库函数中完成的，因为早期Linux根本不认为有线程这个东西）
当我们需要完成多个功能时，如果单单按照进程的概念，一个进程就执行一个功能，就需要多进程来完成。而由于这些功能有可能在内存中的位置是相同的，我们能不能通过一些方式来节省资源呢？
Linux通过多个pcb共享一个虚拟地址空间来实现完成不同的功能，而这些pcb相对于进程pcb而言是是相对轻松的，因此被称为轻量级进程。
在广泛意义上讲（各种操作系统），又有一个概念是：线程是进程的一条执行流，完成进程的各种功能。而Linux对这点，已经用轻量级进程来实现了，为了统一概念，干脆就说Linux下轻量级进程就是线程。
总结：
一个pcb映射一个虚拟地址空间，这就叫有一个轻量级进程的进程。
多个pcb映射一个虚拟地址空间，这就叫有多个轻量级进程的进程。

总结：
进程和线程：
进程是一个pcb，Linux下是一个task_struct结构体实现的，对一个运行的程序进行动态的描述，通过这个描述实现对程序运行的管理。
线程是进程中的一条执行流，但是Linux下执行流通过pcb实现，一个进程中可以有多个pcb，这些pcb共享进程中的大部分资源，相较于传统的pcb较为轻量化，因此也称轻量级进程。
进程是操作系统资源分配的基本单位；
线程是CPU调度的基本单元

线程之间的独有和共享

独有：标识符，寄存器，栈，信号屏蔽字，errno，优先级
共享：虚拟地址空间（代码段和数据段），文件描述符表，信号的处理回调函数，用户ID/组ID/工作路径；

虚拟地址空间共享：
创建线程是创建一个pcb，然后通过指针指向同一块虚拟地址空间，同一个页表，因此映射的也是同一块物理内存，数据段代码段堆栈都是同一块。这意味着线程之间的通信是非常灵活的，只需要知道变量的地址就可以进行通信。
tips：线程间的通信可以通过进程通信的方式，除此之外全局变量、函数传参也可以进行通信。
信号屏蔽字为什么独有：
为什么信号是先注销在处理？
信号是针对整个通知事件进行处理的，但一个信号只应被处理一次就好了。然而一个进程有多个执行流，到底谁来处理这个信号呢？
答案是：谁拿到时间片，谁能就处理谁就处理。
若不先注销信号，当第一个线程将信号处理完毕，切换时间片到另一个线程，这个线程还能检测到有信号未处理，就要去处理。这样就造成一个信号被处理多次。
有的线程不希望操作被信号打断，就可以独立屏蔽这个信号。所以信号屏蔽字是独有的。
寄存器独有：
线程在处理数据时，会将cpu上寄存器的数据（上下文数据，程序计数器等）拷贝过来，每个线程在切换完时间片后再次运行时就会知道上次运行的位置。方便继续运行。
栈独有：
在使用vfork()创建子进程时，父子进程共用同一个虚拟地址空间，但是需要阻塞父进程，直到子进程exit退出或者程序替换才可以。
否则就会造成共用一块栈区，在函数压栈是，如果父进程和子进程单独调用函数，就不知道哪一个函数先出栈了，这样就是栈混乱。
多线程调用也是一样，因为线程之间是共用同一快虚拟地址空间的，也会遇到栈混乱的情况，唯一能解决这个问题的方法就是调用栈独有。
但是这种栈独有也是相对的（因为虚拟地址空间是共享的），当遇到一些特殊情况时，传入栈的地址也可以让线程之间使用用一个栈。

errno独有：
errno是一个全局变量，保存系统调用使用完成后的错误编号，多个线程同时执行，都会使用系统调用；都会修改errno，若error共用，就会存在二义问题。不知道哪个errno是哪个进程的。

多线程/多进程进行多任务处理的优缺点分析：
多线程的优点：
1.线程间通信灵活方便，（除了进程间通信方式之外还有全局变量以及函数传参，共用一块虚拟地址空间，只要知道地址就可以访问同一块物理空间）
2.线程的创建和销毁成本更低（创建线程创建pcb只要使用一个指针就可以指向同一处就好了）
3.同一个进程中的线程间调度成本更低（因为使用的同一个页表，只需要切换页表信息，而进程调度需要切换整个页表）
多进程的优点：
多进程的鲁棒性、稳定性更高（异常（比如内存访问错误、逻辑错误）以及一些系统调用exit直接针对整个进程生效，多进程有一个进程退出，不会影响其他进程。而如果是在多线程中，进程退出，线程都得退出。出现问题就很容易造成整个程序崩溃）
应用场景：对于主程序安全性要求比较高的场景，比如shell场景服务器。
应用场景：
1.IO密集型程序：多任务并行处理，（单磁盘可以并行压缩IO等待事件/多磁盘可以实现同时处理）
IO密集型：程序中大量进程IO操作，对CPU要求不高因此执行流个数没有太大要求，使用多线程很好。

2.CPU密集型程序：程序中进行大量的数据运算处理，cpu资源足够，就可以同时处理，提高效率，（通常执行流的个数是cpu核心数+1），创建线程很多的话，而cpu资源不够，就会造成大量的线程切换，调度成本提高。使用多进程比较好。