同一进程中的线程究竟共享哪些资源

本文探讨了线程间的共享环境及独立特性,包括进程代码段、公有数据、文件描述符等共享资源,以及线程ID、寄存器组值、堆栈等独立资源。此外,还详细讨论了多线程环境下堆栈与堆内存的管理方式及其对程序稳定性的影响。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

线程共享的环境包括:进程代码段、进程的公有数据(利用这些共享的数据,线程很容易的实现相互之间的通讯)、进程打开的文件描述符、信号的处理器、进程的当前目录和进程用户ID与进程组ID。
    进程拥有这许多共性的同时,还拥有自己的个性。有了这些个性,线程才能实现并发性。这些个性包括:

    1.线程ID
      每个线程都有自己的线程ID,这个ID在本进程中是唯一的。进程用此来标
   识线程。
    2.寄存器组的值
       由于线程间是并发运行的,每个线程有自己不同的运行线索,当从一个线
   程切换到另一个线程上时,必须将原有的线程的寄存器集合的状态保存,以便
   将来该线程在被重新切换到时能得以恢复。
    3.线程的堆栈
       堆栈是保证线程独立运行所必须的。
       线程函数可以调用函数,而被调用函数中又是可以层层嵌套的,所以线程
   必须拥有自己的函数堆栈,使得函数调用可以正常执行,不受其他线程的影
   响。

    4.错误返回码
       由于同一个进程中有很多个线程在同时运行,可能某个线程进行系统调用
   后设置了errno值,而在该线程还没有处理这个错误,另外一个线程就在此时
   被调度器投入运行,这样错误值就有可能被修改。
       所以,不同的线程应该拥有自己的错误返回码变量。

    5.线程的信号屏蔽码
       由于每个线程所感兴趣的信号不同,所以线程的信号屏蔽码应该由线程自
   己管理。但所有的线程都共享同样的信号处理器。

    6.线程的优先级
       由于线程需要像进程那样能够被调度,那么就必须要有可供调度使用的参

   数,这个参数就是线程的优先级。

涉及多线程程序涉及的时候经常会出现一些令人难以思议的事情,用堆和栈分配一个变量可能在以后的执行中产生意想不到的结果,而这个结果的表现就是内存的非法被访问,导致内存的内容被更改。 

  理解这个现象的两个基本概念是:在一个进程的线程共享堆区,而进程中的线程各自维持自己堆栈。 

  另一运行机制就是如果声明一个成员变量如 char Name[200],随着这段代码调用的结束,Name在栈区的地址被释放,而如果是 char * Name = new char[200]; 情况则完全不同,除非显示调用delete否则 Name指向的地址不会被释放。 

  在B中如果用栈区 即采用临时变量的机制分配声明V和堆区,而者的结果是不同的。如果用栈区,如果变量地址为Am1-Am2这么大,退出B调用时候这段地址被释放,C函数可能将这段内存改写;这样当D执行的时候,从内存Am1-Am2中读取的内容就是被改过的了。 

  而如果用New(堆)分配,则不会出现那样的情况,因为没有显示对用delete并且堆对于线程共享,即2线程可以看到1线程在堆里分配的东西,所以不会发生误写。 

  这个问题是笔者在公司实习的时候发现的,因为当时刚刚涉及多线程程序设计,操作系统中如此简单的话题困扰笔者很久,希望可以对初涉C++多线程的读者有所帮助! 2)如果两个线程共享堆,而且都有可能执行内存分配和释放操作,就必须进行同步保护,这个和C类,R类,T类没有关系。你看到的例子两个线程应该是使用各自的堆。 

  在 windows 等平台上,不同线程缺省使用同一个堆,所以用 C 的 malloc (或者 windows 的 GlobalAlloc)分配内存的时候是使用了同步保护的。如果没有同步保护,在两个线程同时执行内存操作的时候会产生竞争条件,可能导致堆内内存管理混乱。比如两个线程分配了统一块内存地址,空闲链表指针错误等。 

  Symbian 的线程一般使用独立的堆空间。这样每个线程可以直接在自己的堆里分配和释放,可以减少同步所引入的开销。当线程退出的时候,系统直接回收线程的堆空间,线程内没有释放的内存空间也不会造成进程内的内存泄漏。 

  但是两个线程使用共用堆的时候,就必须用 critical section 或者 mutex 进行同步保护。否则程序崩溃时早晚的事。如果你的线程需要在共用堆上无规则的分配和释放任何数量和类型的对象,可以定制一个自己的 allcator,在 allocator 内部使用同步保护。线程直接使用这个 allocator 分配内存就可以了。这相当于实现自己的 malloc,free。但是更建议你重新审查一下自己的系统,因为这种情况大多数是不必要的。经过良好的设计,线程的本地堆应该能够满足大多数对象的需求。如果有某一类对象需要在共享堆上创建和共享,这种需求是比较合理的,可以在这个类的 new 和 delete 上实现共享保护。 

### 线程共享进程资源的方式及原理 线程作为轻量级的执行单元,在同一进程中运行时能够共享进程所拥有的大部分资源。以下是关于线程如何共享进程资源的具体方式及其背后的原理: #### 1. **地址空间共享** 在同一进程中,所有的线程共享同一个虚拟地址空间。这意味着每个线程都可以访问属于该进程的所有全局变量、堆内存以及静态数据区[^2]。由于这些资源是由操作系统分配给整个进程而非单个线程,因此任何线程对这些资源的操作都会影响到其他线程。 #### 2. **文件描述符与信号共享** 除了内存外,线程共享进程中的打开文件描述符列表以及其他一些状态信息(如当前工作目录),这使得多个线程可以通过操作相同文件句柄来完成协作任务。同样地,对于接收到外部发送来的信号事件,通常也是由整个进程统一接收并分发至各个相关联的线程去处理[^1]。 #### 3. **I/O 资源共享** 当一个进程启动其内部若干条独立工作的线程之后,它们共同享有此进程已经建立起来的各种输入输出连接通道——比如套接字(Socket)对象或者管道(Pipe)[^4]。这种特性极大地简化了跨不同计算路径之间传递消息的过程,因为无需再额外构建新的通讯桥梁即可直接利用现有的基础设施来进行交互交流活动。 #### 4. **栈与其他私有数据分离** 尽管如此,值得注意的是虽然大多数公共资源被所有成员平等享用着,但每一个单独存在的个体仍然保留有自己的局部存储区域用于保存临时性的中间结果或者是控制流程所需的状态参数等特殊用途的信息项; 这部分则完全归属于个人独占而不允许他人干涉篡改[ ^ {3} ] 。具体来说就是每个线程都有自己专属的一份寄存器组和调用栈(call stack), 当切换上下文(context switch)发生的时候, CPU会自动保存当前正在执行的那个主体的相关配置以便稍后再恢复继续之前未竟的工作[ ^{5}]. ```c // 创建新线程时需提供入口函数指针 pthread_t thread; void* entry_function(void *arg); int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine)(void*), void *arg); // 示例代码展示如何定义线程入口函数 void* my_thread_func(void* arg){ printf("Thread is running\n"); return NULL; } ``` 通过上述机制的设计安排,既保证了整体结构紧凑高效又能兼顾灵活性满足多样化需求场景下的实际应用要求。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值