多线程(概念介绍)

概念

首先，我们引入一些基本的概念，并结合我们以前所学过的知识，初步对这些概念有个大体的理解

1.线程是一个执行分支，执行粒度比进程更细，调度成本更低
2.线程是进程内部的一个执行流
3.线程是CPU调度的基本单位，进程是承担分配系统资源的基本实体

理解

怎么理解这些概念呢？线程又和我们当初所学的进程有什么区别呢？
我们先来看一下，我们之前是怎么理解进程的？
我们执行一段代码，对应的就是一个进程被创建，每个进程有着自己对应的虚拟地址空间(4GB),然后通过页表，将相应的代码和数据，映射到对应的物理内存之中
当然每个进程还会创建相应的PCB，在linux系统下，为task_struct结构体进行管理进程

如果有多个进程，其实只是复制上面的流程，原模原样的拷贝，一点都没有变化，创建一个子进程也是如此，最多发生写时拷贝，让各自的数据私有化，但都会有各自的PCB，也就是task_struct
但是假如现在情况变了呢？
有多个task_struct指向同一个虚拟地址空间，这些task_struct没有自己单独的虚拟地址空间

有了这样的结构，正文代码假如存在多个函数，就可以将任务分派出去，让每个task_struct分别负责不同的函数，由原来的串发执行，变为并发执行
我们就把这几个task_struct称之为一个单独的线程
现在我们就可以理解上面所说的概念了
执行粒度比进程更细：

因为每个pcb负责的只是当初任务的一小部分，而进程则是一整个大任务，所以自然粒度更细

线程是进程内部的一个执行流(执行分支)

一个线程在进程的地址空间内运行，该线程是隶属于进程的

调度成本更低

1.当CPU执行OS的代码时，会检测对应的PCB，然后发现对应的虚拟地址空间等等都是完全相同的，那就不再需要切换相应的地址空间和页表，那自然成本更低
2.CPU内部存在硬件cache l1,l2,l3，该硬件的功能就是提前将部分热点数据和代码保存起来(预加载)，这样就不用直接从物理内存中加载，CPU从cache中获取对应的代码即可
而有了线程，不用再对cache进行切换

更新概念

那我们如何看待task_struct呢？毕竟我们之前一直把它看作是一个进程的标志，一个进程，必定对应一个task_struct
答案是PCB既不是线程也不是进程，而是一个执行流
而一个进程包括所有一大堆的东西，每个进程有自己的CPU资源，有自己的地址空间，有自己的页表等等
进程是承担分配系统资源的基本实体：

所以进程的作用，就是把代码和数据加载到内存，让0S为该可执行程序申请所匹配的所有资源

那我们之前所提到的进程概念都是错的吗？
并不是，以前所谈的进程只是单纯内部只有一个task_struct(一个执行流)而已，其余都没有变化

Windows系统线程对比

但是并非所有操作系统都是这样实现的，Windows操作系统线程的实现就和Linux操作系统线程的实现不同
但无论是哪个操作系统，都需要满足上面所述的线程的概念
它就是类似于一个标准，但具体怎么实现，根据操作系统的不同而不同
就好比我们平时学校说的好学生，成绩优异，作风端正等等，这些评价体系都是相同的，但是落实到每个学校又会有所不同，比如A学校要求成绩前3，才算成绩优异；但是B学校要求成绩前10，就已经算成绩优异了
因此，充分理解规范非常重要

1.线程是一个执行分支，执行粒度比进程更细，调度成本更低
2.线程是进程内部的一个执行流
3.线程是CPU调度的基本单位，进程是承担分配系统资源的基本实体

既然线程是进程内部的一个执行流，那线程的数目必定是大于进程的数目
所以线程也需要进行管理和组织
Windows系统采取的是模仿PCB结构，定义了一个TCB(线程控制块)的数据结构，隶属于进程PCB
用TCB来控制和调度线程
也就是说Windows内核里面有真线程
但是可想而知，这样会带来很多麻烦，线程与线程之间需要进行管理，进程与线程之间需要进行管理等等
但是Linux内核的设计者采取的却是完全不同的策略
线程和进程两者本身就有很多相似之处，并不需要重零开始构建一套全新的体系，我直接复用PCB结构体，用PCB模拟线程的TCB
即Linux没有真正意义上的线程，而是用进程方案模拟的线程
复用代码和结构，最明显的一个优势就是简单！
假如存在TCB，就需要有TCB自己的管理体系，而TCB隶属于PCB，则PCB又要对TCB进行管理
但现在就只有PCB，一切都是原来进程的体系进行设计
所以更好维护，效率更高，也更安全，这就是为什么Linux操作系统可以不间断的运行！即便硬件损坏，可能Linux操作系统也还没挂，但是Windows操作系统，也就是我们平时用的电脑，假如一直开机，不用三天，可能就会出现故障
因为执行流<=进程，因此Linux系统又把线程(执行流)称作为LCB轻量级进程，对应英文Light Weight Process