9、线程理论1

一、线程

1、线程是什么？

• 在传统的操作系统设计中，进程是资源分配的基本单位，每个进程都拥有独立的地址空间、页表和至少一个控制线程。

• 单一进程有多个线程的时候。这些线程虽然能独立执行，但是它们共享同一进程的地址空间及其中的所有数据

• 线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，是进程中的实际运作单元。

• 进程是资源独立，线程是资源共享。且2者都有调度能力。

一个进程的创建实际上伴随着其task_struct结构体、进程地址空间（mm_struct）以及页表的创建，虚拟地址和物理地址就是通过页表建立映射的。

二、线程的使用

1、功能

1.1、资源共享

• 多个线程共享一个进程的地址空间，共享了资源。
  • 混合共享（有用户空间和内核空间）
    • 

1.2、轻量级和高效性

• 比起进程，线程是更加轻量级的执行单元。
• 由于进程要管理一些文件信息，而线程不管理这些信息，导致线程的创建和销毁比进程快的多。

1.3、性能提升

• 在涉及大量计算和I/O处理的场景中，多线程编程能够显著提升应用程序的性能。
  • 例如，在Web服务器中，一个线程可以处理客户端的连接请求，而另一个线程则负责从磁盘读取数据并准备响应。这种并行处理方式提高了服务器的吞吐量和响应速度。

2、多线程的解决方案

当多任务进行任务切换的时候，就会导致开销大。比如：web服务器（万维网服务器）。

3、单线程的解决方案

• 单线程会导致前一个请求未完成时，后续请求必须等待或者CPU在等待I/O期间处于闲置状态等等问题。

  • 解决方法：

    • 改为IO复用模型epoll：核心思想是使用单个线程通过系统调用同时监控多个I/O事件，当某个I/O操作就绪时才进行处理。

    • 非阻塞的状态机模型：核心思想是所有I/O操作都设置为非阻塞模式，通过状态机管理请求处理流程。

三、经典线程模型

• 线程容易发生错误：因为共享资源，所以运行过程中，资源被修改成错的，就导致后面的运行发生问题。
• 线程是没有执行顺序的。可以使用线程的一些机制来实现顺序：线程同步等等。
• 线程和进程的内容：

四、线程的同步互斥机制

1、理论

• 由于同一个进程的多个线程会共享进程的资源，这些被共享的资源称为临界资源。

• 多个线程对公共资源的抢占问题，访问临界资源的代码段称为临界区

• 多个线程抢占进程资源的现象称为竞态

• 为了解决竞态，我们引入了同步互斥机制

  • 互斥：确保同一时间只有一个线程能访问共享资源

  • 同步：协调线程间的执行顺序

竞态，我们引入了同步互斥机制

• 互斥：确保同一时间只有一个线程能访问共享资源

• 同步：协调线程间的执行顺序