因为进程空间地址的私有性,所以在进行进程切换时的开销较大。为了提高系统性能,许多操作系统引入了轻量级进程即线程。
同一个进程开辟的线程共享该进程的地址空间,此外还共享一下资源:静态数据、可执行命令、进程中打开的文件描述符、信号处理函数、当前工作目录、用户和用户组ID等。
每个线程的私有资源有:线程ID、PC(程序计数器)和相关寄存器、堆栈、错误号、执行状态和属性。
在Linux系统中,采用C语言编程时对线程的开辟使用pthread_create,在线程中的处理将作为参数(函数指针)传入该函数。
void *p_func(void *arg){
while(1){
sleep(2);
printf("this is pthread\n");
}
return NULL;
}
int main(){
pthread_t pid;
pthread_create(&pid, NULL, p_func, NULL);
while(1){
sleep(2);
printf("this is major pthread\n");
}
return 0;
}
对于线程的结束,可以使用pthread_exit在线程中退出线程,也可以在外界使用pthread_cancel强行退出线程。
同样的,线程结束也需要相应的回收。线程得不到回收,即线程泄漏,可能会导致一系列问题。首先,由于泄漏的线程持续占用系统资源,如内存和处理器时间,这可能导致系统资源的逐渐耗尽。当系统资源不足时,其他正常运行的线程或进程可能会受到影响,导致性能下降或甚至崩溃。
回收线程一般使用pthread_join和pthread_detach函数,前者显示回收线程,可以接收线程的返回值,后者将线程的状态设置为“分离(detached)”状态。当一个线程被设置为分离状态时,它结束时会自动释放其占用的系统资源。
由于线程共享进程的地址空间,所以线程间通信很容易,但通信的便利带来了访问共享资源可能会存在的风险。所以引入了同步和互斥的概念,同步是指按照约定的顺序相互配合完成一件事情,互斥是指任何时刻只有一个线程可以访问该资源。
在线程间同步操作可基于信号量实现,信号量代表某一种资源,其值表示某一资源在系统中的数量,信号量是一个受保护的量且值为非负整数,只能通过三种方式进行访问——初始化:sem_init,P操作:sem_wait(申请资源)、V操作:sem_post(释放资源)。
互斥可通过互斥锁的形式实现,互斥锁主要是为了保护临界资源,线程必须获得互斥锁才能访问临界资源,访问完后释放该锁,如果无法获得锁会阻塞直到获得锁为止。