一.併發編程 (線程簡介)

一. 線程簡介

1. 線程概念的引入背景

以前咱們已經瞭解了操做系統中進程的概念，程序並不能單獨運行，只有將程序裝載到內存中，系統爲它分配資源才能運行，而這種執行的程序就稱之爲進程。程序和進程的區別就在於：
程序是指令的集合，它是進程運行的靜態描述文本；進程是程序的一次執行活動，屬於動態概念。在多道編程中，咱們容許多個程序同時加載到內存中，在操做系統的調度下，能夠實現併發地執行。
這是這樣的設計，大大提升了CPU的利用率。進程的出現讓每一個用戶感受到本身獨享CPU，所以，進程就是爲了在CPU上實現多道編程而提出的。

進程有不少優勢，它提供了多道編程，讓咱們感受咱們每一個人都擁有本身的CPU和其餘資源，能夠提升計算機的利用率。不少人就不理解了，既然進程這麼優秀，爲何還要線程呢？
其實，仔細觀察就會發現進程仍是有不少缺陷的，主要體如今兩點上：

進程只能在一個時間幹一件事，若是想同時幹兩件事或多件事，進程就無能爲力了。

進程在執行的過程當中若是阻塞，例如等待輸入，整個進程就會掛起，即便進程中有些工做不依賴於輸入的數據，也將沒法執行。

 2.進程和線程的區別

　注意：進程是資源分配的最小單位,線程是CPU調度的最小單位. 　　　　　每個進程中至少有一個線程。　

線程與進程的區別能夠概括爲如下4點：

　　地址空間和其它資源（如打開文件）：進程間相互獨立，同一進程的各線程間共享。某進程內的線程在其它進程不可見。
 　　通訊：進程間通訊IPC，線程間能夠直接讀寫進程數據段（如全局變量）來進行通訊——須要進程同步和互斥手段的輔助，以保證數據的一致性。
 　　調度和切換：線程上下文切換比進程上下文切換要快得多。
 　　在多線程操做系統中，進程不是一個可執行的實體。

                                        

3. 線程特色

　在多線程的操做系統中，一般是在一個進程中包括多個線程，每一個線程都是做爲利用CPU的基本單位，是花費最小開銷的實體。線程具備如下屬性。
　　1）輕型實體 　　線程中的實體基本上不擁有系統資源，只是有一點必不可少的、能保證獨立運行的資源。 　　線程的實體包括程序、數據和TCB。線程是動態概念，它的動態特性由線程控制塊TCB（Thread Control Block）描述。

TCB包括如下信息：
（1）線程狀態。
（2）當線程不運行時，被保存的現場資源。
（3）一組執行堆棧。
（4）存放每一個線程的局部變量主存區。
（5）訪問同一個進程中的主存和其它資源。
用於指示被執行指令序列的程序計數器、保留局部變量、少數狀態參數和返回地址等的一組寄存器和堆棧。

　　2）獨立調度和分派的基本單位。
　　在多線程OS中，線程是能獨立運行的基本單位，於是也是獨立調度和分派的基本單位。因爲線程很「輕」，故線程的切換很是迅速且開銷小（在同一進程中的）。
　　3）共享進程資源。
　　線程在同一進程中的各個線程，均可以共享該進程所擁有的資源，這首先表如今：全部線程都具備相同的進程id，這意味着，線程能夠訪問該進程的每個內存資源；此外，
還能夠訪問進程所擁有的已打開文件、定時器、信號量機構等。因爲同一個進程內的線程共享內存和文件，因此線程之間互相通訊沒必要調用內核。
　　4）可併發執行。
　　在一個進程中的多個線程之間，能夠併發執行，甚至容許在一個進程中全部線程都能併發執行；一樣，不一樣進程中的線程也能併發執行，充分利用和發揮了處理機與外圍設備並行工做的能

 4.內存中的線程

　多個線程共享同一個進程的地址空間中的資源，是對一臺計算機上多個進程的模擬，有時也稱線程爲輕量級的進程。

　　而對一臺計算機上多個進程，則共享物理內存、磁盤、打印機等其餘物理資源。多線程的運行也多進程的運行相似，是cpu在多個線程之間的快速切換。

　　不一樣的進程之間是充滿敵意的，彼此是搶佔、競爭cpu的關係，若是迅雷會和QQ搶資源。而同一個進程是由一個程序員的程序建立，因此同一進程內的線程是合做關係，
一個線程能夠訪問另一個線程的內存地址，你們都是共享的，一個線程乾死了另一個線程的內存，那純屬程序員腦子有問題。

　　相似於進程，每一個線程也有本身的堆棧，不一樣於進程，線程庫沒法利用時鐘中斷強制線程讓出CPU，能夠調用thread_yield運行線程自動放棄cpu，讓另一個線程運行。

　　線程一般是有益的，可是帶來了不小程序設計難度，線程的問題是：

　　1. 父進程有多個線程，那麼開啓的子線程是否須要一樣多的線程

　　2. 在同一個進程中，若是一個線程關閉了文件，而另一個線程正準備往該文件內寫內容呢？

　　所以，在多線程的代碼中，須要更多的心思來設計程序的邏輯、保護程序的數據