操作系统-线程的概念（什么是线程 为什么线程共享进程资源 为什么线程切换开销低 引入线程的变化 线程属性 为啥要引入线程）

总览

什么是线程，为什么要引入线程

此时qq进程内的视频文字聊天传输文件可以同时进行，如果进程内部是顺序执行的话，那么将某一时刻只能执行一个功能，显然不可能同时做这几件事情。

CPU此时轮流为各个线程服务（即线程并发）

除CPU资源外其他资源都是按进程来分配的，而CPU的使用权才会有根据线程来得到其使用权

引入线程机制的变化

注意线程并发不需要切换进程环境，开销降低

并发开销减少，同样一段时间内即进程切换的次数少了，自然系统花销少了（可以理解为线程切换只有不同进程的才会切换进程环境，并不像之前只有切换必须会切换进程环境了，此时切换单位是线程，每次切换不一定会切换进程环境。）

线程的属性

注意同一进程的不同线程共享进程的资源，切换同进程内的线程，系统开销很小

线程共享所在进程的资源是因为它们是同一进程的不同执行路径，自然地继承了进程的资源。被线程共享的进程资源如下

• 代码段：所有线程执行的是相同的程序代码，这部分是只读的，因此可以安全地被多个线程共享。
• 数据段：全局变量和静态变量是在所有线程之间共享的，这意味着任何一个线程对这些变量的修改都会影响到其他线程。
• 堆区：动态分配的内存是共享的，任何线程都可以通过指针访问这块内存区域的数据。
• 文件描述符、套接字和端口：打开的文件、网络连接等资源可以被所有线程访问，这对于I/O操作尤其重要。
• 信号处理器：在Unix-like操作系统中，信号处理是在进程范围内设置的，因此所有线程共享同样的信号处理行为。
• 环境变量：环境变量是所有线程共享的，它们通常包含有关系统配置的信息。
  此外，线程之间也有一些私有资源，如线程ID、寄存器组的值、线程的堆栈和错误返回码。这些资源对于线程的独立运行和上下文切换至关重要。

总的来说，线程共享进程资源的设计是为了提高资源利用率和程序的并发性能。通过共享内存空间和文件描述符等资源，线程可以高效地进行通信和协作，而不需要像进程间通信那样通过更复杂的IPC（进程间通信）机制。这种资源共享机制是多线程编程能够提高效率的关键因素之一。

切换线程时不需要切换共享的进程资源，是因为线程共享所在进程的资源。

线程是CPU调度的基本单位，而进程则是资源分配的基本单位。在同一个进程中的线程共享该进程的虚拟地址空间、打开的文件句柄、全局数据等资源。因此，当操作系统进行线程切换时，它不需要重新分配或切换这些资源，只需保存和恢复线程的执行上下文即可。具体来说：

1. 虚拟地址空间：由于线程共享进程的虚拟地址空间，线程切换时不需要进行地址空间的转换。
2. 文件句柄和全局数据：线程使用的是进程的资源，而不是拥有它们。这意味着在线程切换时，这些资源保持不变，线程可以直接访问。
3. 上下文切换：线程切换主要涉及保存当前线程的执行状态（如寄存器值、程序计数器等）并加载下一个线程的状态，这是一个相对轻量级的操作。
4. 性能影响：线程切换可能会影响TLB（Translation Lookaside Buffer）缓存的性能，但这通常比进程切换的影响要小，因为进程切换涉及到更多的资源重新分配。

总的来说，线程之间的资源共享机制使得线程切换比进程切换更加高效，因为它避免了重复的资源分配和释放操作。这种设计提高了多线程程序的运行效率，尤其是在需要频繁创建和销毁线程的场景中。