线程基础

一.多任务系统与进程

        进程指运行中的应用程序，每一个进程都有自己独立的内存空间，使得进程之间的地址空间隔离即多任务系统。

        多任务系统里操作系统接管了所有的硬件资源，并本身运行在一个受硬件保护的级别。

二.线程的概念

        线程也被称为轻量级进程，是程序执行流的最小单元，一个标准的线程由线程ID、当前指令指针（PC）、寄存器集合和堆栈组成。通常意义上一个进程由多个或者一个线程组成，各个线程共享程序的内存空间及一些进程级的资源。

        如图为在进程内的线程：

                                    

三.多线程

        在大多数软件应用中，线程的数量都不止一个。多线程可以互不干扰的并发执行，并共享进程的全局变量和堆的数据。那么多线程的进程与单线程的进程相比有哪些优势呢？

        多线程的优势如下：

        1.有效的利用等待时间：某个操作可能会陷入长时间的等待，等待的线程会进入睡眠状态，无法继续执行，而多线程执行可以有效利用等待的时间。

        2.避免中断：某个操作会消耗大量的时间，如果只有一个线程，程序和用户之间的交互会中断。多线程可以让一个线程负责交互，另一个线程负责计算。

        3.实现并发操作：有时候程序逻辑要求实现并发操作，只能在多线程时才能实现。

        4.尽可能的发挥计算机的能力：多cpu或者多核的计算机，本身具备同时执行多个线程的能力，单线程就无法有效的利用计算机的计算能力。

        5.数据共享能力高：相对于多进程的应用，多线程在数据共享方面效率要高很多。

四.线程的访问权限

        

       线程的访问非常自由，它可以访问进程内存里的所有数据，甚至包括其他线程的堆栈，但实际运用中线程也拥有自己的私有储存空间。

       1.栈：一般情况下可以认为是私有的数据。

       2.线程局部储存：线程具备储存是某些操作系统为线程单独提供的私有空间，通常容量有限。

       3.寄存器：寄存器是执行流的基本数据，因此线程私有。

       在c程序员的角度来看，在同一个进程里数据在线程之间共享的部分有：

       1.全局变量。

       2.堆上的数据。

       3.函数中的静态变量。

       4.代码。

       5.打开的文件。

       线程私有的部分有：

       1.局部变量。

       2.函数的参数。

       3.线程局部储存的数据。

五.线程调度与优先级

        线程是并发执行的，但在单处理器对应多线程的情况下，并发是模拟出来的，每次仅让一个线程执行一小段时间，这样每个线程就看起来是并发执行。这样在处理器上切换不同线程的行为称为“线程调度”在线程调度中有三种状态：

        1.运行，此时线程正在执行。

        2.就绪，此时线程课立刻执行，但cpu已被占用。

        3.此时线程正在等待某一事件发生，无法执行。

        线程调度状态间的关系：

                                  

        运行中的线程拥有的执行时间即时间片。

        在这种调度中线程优先级就决定了线程按照什么顺序轮流执行，系统也会自动调整优先级，使得调度更有效率。同时线程也存在一种饿死的情况，即总有优先级高于它的线程要执行，是该线程无法运行。为了避免，当一个线程长时间没有运行，系统会调高其优先级。

        在优先级调度的环境下，线程优先级改变有三种：

        1.用户指定。

        2.根据进入等待的频繁程度提升或降低优先级。

        3.长时间得不到运行而被系统调高优先级。