11_linux线程专题讲座王保明[归纳].pdf
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在Linux系统中,线程是一种重要的并发执行机制,允许在一个进程中执行多个控制流。线程的概念可以理解为程序中的一个执行路径,或者说是一个进程内部的控制序列。与进程不同,线程共享进程的大部分资源,如代码段、数据段、打开的文件和信号,但每个线程都有自己独立的线程ID、程序计数器、寄存器组和栈,以及errno错误码。 在Linux中,创建线程与创建进程的主要区别在于资源分配和执行独立性。`fork()`调用会创建一个新的进程副本,拥有独立的资源和PID,而线程创建如`pthread_create()`则会在已有进程中创建,新线程与父线程共享大部分资源,但有自己的栈和局部变量。由于线程间的切换相比进程切换更为高效,线程常用于提高资源利用率和并发性能,尤其是在多处理器系统中。 线程模型是实现线程管理的不同策略,常见的有N:1用户线程模型、1:1核心线程模型和N:M混合线程模型。 1. N:1用户线程模型中,线程的管理完全由用户空间的线程库负责,操作系统内核并不直接处理线程。这种模型可能导致性能损失,特别是在计算密集型任务中,过多的线程可能因处理器资源不足而增加调度开销。此外,线程间同步和健壮性问题也更复杂。 2. 1:1核心线程模型中,每个应用程序线程都直接映射到一个内核线程,内核负责线程的创建、调度和销毁。这使得线程可以直接利用多处理器的并行性,但创建和销毁线程的开销相对较大。 3. N:M混合线程模型是前两者的一种折衷,它允许多个用户线程映射到较少的核心线程上,减轻了内核调度的负担,同时降低了资源浪费。轻量级进程(LWP)作为用户线程和内核线程之间的桥梁,提高了调度灵活性。 线程调度的竞争范围影响着系统资源的分配和线程的执行效率。在进程竞争范围,线程在同一进程内竞争CPU时间;而在系统竞争范围,线程直接与其他系统中的线程竞争。线程调度策略的选择取决于应用的需求和系统资源的配置。 在实际开发中,线程的使用需要注意线程安全问题,包括同步和互斥机制,以避免竞态条件和死锁。此外,线程的生命周期管理、异常处理以及资源分配也需要谨慎设计,以确保程序的稳定性和性能。 理解和掌握Linux线程机制对于软件开发人员至关重要,尤其是对于那些需要构建高性能并发应用的开发者。通过正确地利用线程,开发者可以编写出能够有效利用硬件资源,实现高效率并行计算的应用程序。
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