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Linux多线程

ai 2025/6/28 7:04:42

Linux多线程

01. 分页储存

由于连续分配内存方式，需要为用户进程分配的必须是一个连续的内存空间，这样多个进程在使用时会产生内(外)部碎片，无法满足后续进程需要，由此产生了非连续分配管理内存的方式。即将进程的逻辑地址空间划分为一个一个与页框大小相等的页面，页号从0开始。

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1.1 单级页表

通过页号直接索引页表，然后找到与之对应的物理块号，与页内偏移结合得到物理地址。
如果采用一级页表存储页表项，在32位机器中，页框大小为4KB，页表项占4B那么需要专门给进程分配2^10 = 1024 个连续的页框来存放它的页表。根据局部性性原理，进程在运行期间只需要访问某几个页面便可以正常运行，因此没必要让整个页表都常驻内存，浪费空间。

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1.2 单级页表虚拟地址与物理地址转换

在二级页表中不过是将页号进一步华为两部分，先根据顶级页表找到页表所在位置然后调用内存，进一步访问二级页表找到物理块号，最后将物理块号与页内偏移结合得到物理地址。

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1.3 二级页表结构

顶级页表：储存页表的基址，每个页表项指向一个下级页表。
页表：储存物理块号
页内偏移：页内具体位置偏移量
以32位机器，页面大小4KB为例，逻辑地址结构划分如下：那么与之对应页内偏移范围为[0，4095]
```
[ 顶级页号(PGD Index) | 页号(PTE Index) | 页内偏移(Offset) ]
```

02. 线程概念

2.1 线程基础概念

2.1.1 什么是线程？

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”
一切进程至少都有一个执行线程
线程在进程内部运行，本质是在进程地址空间内运行
在Linux系统中，在CPU眼中，看到的PCB都要比传统的进程更加轻量化
透过进程虚拟地址空间，可以看到进程的大部分资源，将进程资源合理分配给每个执行流，就形成了线程执行流

2.1.2 线程优点

创建一个新线程的代价要比创建一个新进程小得多
与进程之间的切换相比，线程之间的切换需要操作系统做的工作要少很多
线程占用的资源要比进程少很多
能充分利用多处理器的可并行数量
在等待慢速I/O操作结束的同时，程序可执行其他的计算任务
计算密集型应用，为了能在多处理器系统上运行，将计算分解到多个线程中实现
I/O密集型应用，为了提高性能，将I/O操作重叠。线程可以同时等待不同的I/O操作。

2.1.3 线程异常和退出

单个线程出现问题，会导致整个进程崩溃。合理使用线程能够提高CPU密集型和IO密集型程序效率。

2.1.4 进程与线程区别

进程：资源分配的基本单位，拥有独立地址空间
线程：CPU 调度的基本单位，共享进程地址空间，每个线程有独立的上下文:
- 线程 ID
- 程序计数器(PC，指向当前执行的指令)
- 寄存器集合(存储当前线程的运行状态)
- 栈空间(局部变量、函数调用栈帧)
- 信号掩码、优先级等属性。
线程生命周期：创建、运行、阻塞、终止

2.2 线程基本操作

创建线程：pthread_create
线程退出：pthread_exit（主动退出）、return（函数结束退出）、pthread_cancel（强制终止）
等待线程结束：pthread_join（回收资源，避免线程泄漏）
分离线程：pthread_detach（自动回收资源，无需等待）

2.2.1 线程创建pthread_create()

#include <pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread,             // 输出参数：线程IDconst pthread_attr_t *attr,    // 线程属性（可NULL）void *(*start_routine)(void*), // 线程入口函数void *arg);                    // 传递给入口函数的参数