操作系统：线程

目录

前言： 

1.线程

1.1.初识线程

1.2.“轻量化”进程

1.3.线程与进程

2.线程控制 

2.1.pthread原生线程库

2.2.线程控制的接口 

2.2.1.线程创建

2.2.线程退出|线程等待|线程分离|线程取消

2.3.pthread库的原理

2.4.语言和pthread库的关系

2.5.线程局部存储

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前言： 

在前面的学习中，我们知道进程是一种处理任务的执行流，操作系统中的大部分任务都由进程来处理，而进程的创建，需要开辟内存来产生进程PCB、进程虚拟地址空间、页表……，而这个进程的创建成本较大，于是操作系统实现了另一种执行流------线程。

1. 线程是比进程更加轻量化的一种执行流，线程是进程内部的一种执行流。
2. 线程是CPU调度的基本单位，进程是承担系统资源的实体。

那么我们大概就能猜到：进程是线程的载体，操作系统增加了线程这个新的执行流后，进程的角色变为了在系统中创建、获取资源，用来供给线程执行流，实现CPU对线程的不断调度，即：进程是线程的宏观体现？带着这个猜测，我们开始进入线程的学习……

1.线程

1.1.初识线程

在一个程序里的一个执行路线就叫做线程（thread）。更准确的定义是：线程是“一个进程内部的控制序列”

我们在以往的博客中，把进程当做一个执行流来看待，是因为我们在进程中只有一条单一的执行流，当我们在某个进程中创建新的线程之后，就出现了“主线程”和“新线程”，那么这里我们就知道了进程是通过线程来作为执行流的。 

一言以蔽之：对于Linux而言，进程是一个资源的结合体，而线程就是通过这些资源来完成任务的一个个执行流。

比如：有一家大公司，干活的肯定不是大公司，而是公司里的各个部门中的打工人，公司这个进程提供的就是给线程的资源，给线程一个好的平台、环境去发挥。

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1.2.“轻量化”进程

在操作系统中，虽然为了解决进程过于笨重的问题，引入了线程的概念，但是线程和进程一样都是一个需要描述的结构，那么进程用process control block（PCB）来描述，那么线程是不是也同样需要TCB这一个数据结构来进行描述呢？

答案：线程也是需要通过数据结构，进行“先描述再组织”的，但是我们实现这个结构可以通过两个方向：1.创建新的TCB体系，实现一份类似于PCB的体系。2.复用当前PCB体系。

对于Windows而言，实现了一个Thread的体系。而Linux则是在PCB的基础上，将线程抽象成“轻量化进程”这个概念，接着复用当前PCB体系……（这里也体现了tast_stuct不完全等于PCB）

如图：对应我们上面所述------Linux对线程的实现是抽象成“轻量化”进程，这是怎么理解的呢？

1. 首先进程拥有它的内核数据结构、代码和数据，所以在空间中需要开辟较多资源来存储
2. “轻量化”体现在于，Linux创建新的线程时，只创建一份新的task_struct，和部分的代码和资源，这样子就能够减少资源的开辟
3. 我们说是创建了新的task_struct，但是实际上这些创建的“轻量化”进程共用着原进程的资源，也就是线程他们是可以访问同一个进程内的数据的。

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除了上面的几点，线程的轻量化也体现在CPU的调度上……这里我们需要重点讲解！！！

我们知道：在进程间转换时，CPU在调度不同的进程时需要进行进程相关的上下文切换，以及页表、进程地址空间相关的寄存器内数据的切换……

而线程中的切换，因为访问的是同一个进程的资源，所以大部分的寄存器内容不用修改，这样子线程在CPU切换和调度就显得轻量化了。

实际上：CPU内会维护一块cache缓存，一般情况下CPU是从内存直接读取进程的数据并加载到CPU中，而为了减少IO提高系统效率，所以CPU会将进程的部分代码和数据提前读取进cache中，这部分预加载的代码和数据符合局部性原理。而进程切换，这一块缓存中保存的热数据也需要切换。线程切换并不需要切换cache

面试题：线程切换为什么效率高？

1. 切换的寄存器少
2. 不需要重新更新cache缓存 

1.3.线程与进程

1. 进程是资源分配的基本单位，对于线程而言，进程是线程的载体，给线程提供资源。
2. 线程是调度的基本单位，宏观上是进程被调度，其实在CPU中是通过线程（LWP）来进行任务的调度的
3. 线程共享进程数据，但也拥有自己的一部分数据。

对于第三点，因为线程需要被CPU进行调度，处于多线程时，就需要保存当前线程的上下文（类似进程切换），所以线程