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再次认识进程
用户视角
内核视角
引入线程
概念
调度的基本单位
模拟出图像
思考
线程的本质
线程和进程的区别
线程哪些结构是共享的
引入
地址空间
系统资源
编辑
线程哪些结构是单独拥有
引入
地址空间
系统资源
线程间切换的成本更低
linu…目录
再次认识进程
用户视角
内核视角
引入线程
概念
调度的基本单位
模拟出图像
思考
线程的本质
线程和进程的区别
线程哪些结构是共享的
引入
地址空间
系统资源
编辑
线程哪些结构是单独拥有
引入
地址空间
系统资源
线程间切换的成本更低
linux和windows下的线程 再次认识进程 用户视角 之前我们对进程有一个概念,进程 进程相关内核数据结构 代码数据:这些都是我们可以看到的,进程确实有代码数据,有task_struct等等结构: 内核视角 我们看到的那些,都是必须占用内存资源的,否则凭什么可以被我们看到并且,进程包括的这些内容,都必须一起被开辟空间,不然单独申请一个页表或者别的属实没啥用也就是说 -- 我们申请资源时,都是以进程为单位的说的高级一点就是 -- 进程是承担分配系统资源的基本实体 引入线程
概念 指一个程序里的一个执行路线 多线程可以实现并发执行,它使得程序能够在同一进程内并发执行多个任务每个线程都可以独立执行不同的部分从而使得多个任务可以同时进行提高了程序的整体性能 调度的基本单位 之前我们曾说,cpu调度时,调度的是进程这里说的更清晰一点,其实调度的是task_struct 模拟出图像 通过从上面的概念,我们可以模拟出它在内核中的样子: 思考
我们是如何得到这幅图像的呢? 由于线程可以执行任务,且cpu调度的单位是pcb 所以我们的线程至少需要一个pcb 因为线程可以在进程内执行任务 所以首先明确,线程是囊括在进程范围内的不然如何拿到进程的资源呢? 因为执行的是进程派给它的任务 所以线程可以直接使用进程的数据结构和资源因为进程在申请空间时,就已经创建过了,不需要线程再创建 因为在进程内执行 进程内,实际上就是在进程的地址空间上执行因为线程执行任务用的就是进程的地址空间 然后将当前进程的资源分配给线程,这样线程就可以执行分配给他的那一部分的代码 通过cpu的调度,就可以实现并发 线程的本质 从图上来看,那些task_struct其实就可以被看作是线程 因为比起进程来说,线程只是创建出更多的task_struct 前面说过,cpu调度的是task_struct 那么也可以说 -- cpu的调度单位是线程其实cpu不关心它调度的是进程还是线程,它只认pcb 因为线程是cpu调度的基本单位 所以线程也可以被叫做是进程内部的执行流 并且,线程的资源来自于进程,进程的资源来自于内核,这是有先后顺序的 线程和进程的区别 这张图是我们之前认识的进程,一个进程只有一个pcb: 今天我们拓展了进程的概念,它可以拥有多个pcb,一个pcb就是一个线程: 通过这两张图我们可以发现: 我们介绍的线程在调度时,和之前认识的进程,流程是一样的,将虚拟地址转换为物理地址,然后进行访问唯一不同的就是pcb的数量不同(也就是内部执行流数量不同)所以,我们之前学习的进程,实际上就是只拥有一个线程的进程下面那张图属于单进程多线程的进程 线程哪些结构是共享的 引入 线程的资源都来源于进程为了更好的执行任务,很多资源都是被线程共享的比如多个线程共用一个地址空间 地址空间 所以,对于地址空间来说(从下往上看): 代码区肯定是共享的,毕竟线程要执行的任务需要用到代码区的数据(比如函数,线程是可以调用的)全局区也是共享的,线程可以拿到全局变量堆区也是共享的,线程可以访问堆区上已经开辟的空间,但是一般访问不到(因为访问空间需要拿到起始地址)共享区肯定是可以共享的,他本来就是用于进程/线程共享的 系统资源 这些基本的系统资源,都是共享的毕竟线程是用来完成同一进程的任务的,有些数据还是统一的比较好 线程哪些结构是单独拥有 引入 难道所有资源都是共享的吗?肯定不是这样的因为不同的线程执行的任务一般是不一样的,拥有的上下文数据肯定也不一样 地址空间 栈区是不可以共享的,因为任务用到的变量肯定是不一样的所以要为每个线程分配不同的栈区域 系统资源 因为执行的任务不同,线程也不同为了区分每个线程,以下资源是不可以共享的 线程id用于区分线程,就像进程pid一样寄存器用于存放上下文数据,肯定要为每个线程单独配套,不然就乱了每个线程的状况不同,errno,信号屏蔽字,优先级自然也要不同 线程间切换的成本更低 为什么会这样说呢? 切换的时候,是需要更换上下文数据的,不同的进程用到的资源一般不同,所以需要全部切换但是,线程的切换不需要切换地址空间和页表,以及其他的一些资源 当然,这些都只占原因的一部分,最大原因在于cpu的缓存机制: 如果cpu直接与硬件交流,效率会很低,会耽误cpu的执行(因为要等待外设读取成功)所以cpu内置了cache,作为中间介质,提高io效率它会根据局部性原理,将内存的部分数据预读到cpu内部,方便cpu读取 对于线程之间切换,他们很可能会用到相同的数据,所以缓存中的数据不会清除对于进程来说,由于进程的独立性,每次进程切换,都需要重新预读数据 linux和windows下的线程 所以,linux下是没有真正意义上的线程结构的他是用pcb模拟出线程,而不是单独定义一种结构而windows下有真正的线程结构这两者比起来,linux中的线程执行任务时更加轻量化 为什么这么说呢? windows中有单独的数据结构,那么在调度时,就会比linux更加频繁的切换上下文维护的成本也更加高(比如创建/释放线程,管理线程),而不像linux中,直接复用管理task_struct的方式即可 这样会造成什么结果呢? 就是因为windows中调度时,数据结构更加复杂,所以它不能长时间运行,不然肯定会出问题而linux可以一直运行很久 所以,我们一般将linux中的的进程,称为轻量化进程 就是因为它和单独定义了线程结构的操作系统比起来,运行更加轻量化 :在linux的cpu眼中,它看到的pcb的量级 线程拥有单独数据结构的系统中的pcb其他系统的pcb,代表的是完整的一个进程而linux中的pcb可能只代表进程中的一个执行流,那么它要调度的资源就比完整进程的要少 ; 也可能代表的也是完整进程,那么此时量级就相等了
