線程與進程&&線程私有資源

今天討論一個問題，一同事說一個進程內線程的所有資源都能被彼此共享，我說線程私有堆棧空間不可以，為此爭論了幾句。今天加班用網上資源重新學習了下，以備以后查看

 

在多線程環境下，每個線程擁有一個棧和一個程序計數器。棧和程序計數器用來保存線程的執行歷史和線程的執行狀態，是線程私有的資源。其他的資源（比如堆、地址空間、全局變量）是由同一個進程內的多個線程共享。

線程是操作系統能夠進行運算調度的最小單位。它被包含在進程之中，是進程中的實際運作單位。一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流，一個進程中可以並發多個線程，每條線程並行執行不同的任務。在Unix  System V及SunOS中也被稱為輕量進程（lightweight processes），但輕量進程更多指內核線程(kernel thread)，而把用戶線程(user thread)稱為線程。

 

對於多數合作性任務，多線程比多個獨立的進程更優越

   線程共享相同的內存空間。不同的線程可以存取內存中的同一個變量。所以，程序中的所有線程都可以讀或寫聲明過的全局變量。如果曾用fork()編寫過重要代碼，就會認識到這個工具的重要性。為什么呢？雖然fork()允許創建多個進程，但它還會帶來以下通信問題，如何讓多個進程相互通信，這里每個進程都有自己獨立的內存空間。對這個問題沒有一個簡單的答案。雖然有許多不同種類的本地IPC(進程間通信)，但他們都遇到兩個重要的障礙：

 

1.加強了某種形式的額外內核開銷，從而降低性能。

2.對於大多數情形，IPC不是對於代碼的“自然”擴展，通常極大地增加了程序的復雜性。

 

線程共享資源包括：

  1.進程代碼段 

  2.進程的公有數據(利用這些共享的數據，線程很容易的實現相互之間的通訊) 

  3.進程打開的文件描述符、信號的處理器、進程的當前目錄和進程用戶ID與進程組ID。

線程獨立資源包括：

1.線程ID

每個線程都有自己的線程ID，這個ID在本進程中是唯一的。進程用此來標識線程。

2.寄存器組的值

由於線程間是並發運行的，每個線程有自己不同的運行線索，當從一個線程切換到另一個線程上 時，必須將原有的線程的寄存器集合的狀態保存，以便將來該線程在被重新切換到時能得以恢復。

3.線程的堆棧

堆棧是保證線程獨立運行所必須的。線程函數可以調用函數，而被調用函數中又是可以層層嵌套的，所以線程必須擁有自己的函數堆棧， 使得函數調用可以正常執行，不受其他線程的影響。

4.錯誤返回碼

由於同一個進程中有很多個線程在同時運行，可能某個線程進行系統調用后設置了errno值，而在該 線程還沒有處理這個錯誤，另外一個線程就在此時被調度器投入運行，這樣錯誤值就有可能被修改。所以，不同的線程應該擁有自己的錯誤返回碼變量。

5.線程的信號屏蔽碼

由於每個線程所感興趣的信號不同，所以線程的信號屏蔽碼應該由線程自己管理。但所有的線程都 共享同樣的信號處理器。

6.線程的優先級

由於線程需要像進程那樣能夠被調度，那么就必須要有可供調度使用的參數，這個參數就是線程的優先級。

 

線程與進程區別：

1，進程是系統進行資源分配和調度的一個獨立單位。線程是進程的一個實體，是CPU調度和分派的基本單位。線程自己基本上不擁有系統資源，但是它可與同屬一個進程的其他的線程共享進程所擁有的全部資源。

由於線程比進程更小，基本上不擁有系統資源，線程上下文切換比進程上下文切換要快得多，故對它的調度所付出的開銷就會小得多，從而顯著提高系統資源的利用率和吞吐量。

2，一個程序至少有一個進程，一個進程至少有一個線程。進程在執行過程中擁有獨立的內存單元地址空間，而多個線程共享內存，從而極大地提高了程序的運行效率。

3，進程間通信IPC需要特別的方法，線程間可以直接讀寫進程數據段（如全局變量）來進行通信。

 

進程的實現只能由操作系統內核來實現，而不存在用戶態實現的情況。而線程可以分為內核態和用戶態。

內核態創建線程比較浪費系統空間資源，因為系統需要維護線程列表，而線程的數量要遠遠大於進程的數量，過多的線程創建會使系統資源耗盡而癱瘓。其次內核態實現會修改操作系統。

使用用戶態創建線程就不必太擔心系統資源耗盡的問題，內核不需要知道有多少線程創建。用戶創建方便。缺點：

如果在執行過程中一個線程受阻，它將無法將控制權交出來，這樣整個進程都無法推進。操作系統隨即把CPU控制權交給另外一個進程。

這樣，一個線程受阻造成整個進程受阻，我們期望的通過線程對進程實施分身的計划就失敗了。這是用戶態線程致命的缺點。