前言

在我们的教材中，对线程给出以下的概念：

是进程内部的一个执行分支，在进程的内部运行，属于进程的一部分，比进程更加轻量化。

可能有的人看完之后都是懵的，什么叫在进程的内部运行，什么又是执行分支，为什么比进程轻量化，我们就带着这三个问题，重新来探究一下线程。

一、什么是线程

经过前边的学习，我们知道进程拥有一个PCB，在Linux中被称为task_struct,并且有一个进程地址空间，也有一个页表，通过页表指向物理内存，但是从今天开始，对进程的概念可能发生变化，这个我们后边来说，在Linux中，并没有真正的线程，而是使用进程的PCB来模拟线程，也就是说一个线程在创建时，只会去创建一个PCB，而这个PCB也指向主线程的虚拟地址空间，和其他线程一起共享内存的代码和数据。一个线程也被称为一个执行流，这是因为线程是被CPU调度的执行流，而一个进程就是分配系统资源的基本实体。

以我们的实际生活来类比，我们可以将操作系统比作中国，而每一个进程就是一个家庭，而每个家庭中的成员就是一个一个线程，家庭中的户主就是一个主线程，每个家庭是互不干扰的，这也就是进程是独立的，但是家庭中的成员是亲密的，他们可以共享代码和数据，因为一个进程中的线程组是指向同一个虚拟内存的。

在这里插入图片描述
下边给出线程的一些概念：

1.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”

线程其实在进程的虚拟地址空间内，并且是进程的一个执行分支，所以说线程是一个进程内部的的控制序列。

2.一切进程至少都有一个执行线程

一个进程至少有一个执行线程，就像我们之前看到的进程一样，并没有创建线程，所以就只有一个线程，也就是只有一个PCB。

3.线程在进程内部运行，本质是在进程地址空间内运行

线程本质就是在进程地址空间内运行，与进程看到的是同一份地址空间。

4.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

现在的进程，是创建很多的PCB，但是只有一个地址空间，进程将数据和代码分配给每一个PCB，所以一个进程中可能有多个PCB，其实使PCB更加轻量化了。

5.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

os不需要再给线程实现一套调度算法，而是复用进程的调度算法，os只需要将进程的代码和数据分配给每一个线程就好了，这样线程就是进程中的一个执行流。

二、线程和进程对比

进程是是承担分配系统资源的基本实体，而线程是CPU进程调度的基本单位，是承担进程资源一部分的基本实体。

每个进程都具有独立性，但是可以通过进程间通信，使进程之间产生联系，而线程几乎没有独立性，因为在进程的不同线程共享地址空间，但是线程也有自己私有的一部分数据：

PCB控制块
线程ID
一组寄存器
栈
errno
信号屏蔽字
调度优先级

在这些里边，我们要清楚记得，线程的PCB控制块，上下文数据，栈空间是独立的。
进程的多个线程共享同一地址空间,因此Text Segment、Data Segment都是共享的,如果定义一个函数,在各线程中都可以调用,如果定义一个全局变量,在各线程中都可以访问到,除此之外,各线程还共享以下进程资源和环境:

文件描述符表
每种信号的处理方式(SIG_ IGN、SIG_ DFL或者自定义的信号处理函数)
当前工作目录
用户id和组id

进程和线程有以下的关系：
在这里插入图片描述
可能一个进程中只有一个线程，也可能有多个线程，进程数：线程数=1：n。

三、线程的优点

创建一个新线程的代价要比创建一个新进程小得多

由于创建进程的成本是非常高的，成本分为时间和空间，一个线程只需创建一个PCB，但是创建进程必须创建页表，进程地址空间等。

=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

进程之前的切换，会切换进程的PCB，地址空间，页表，上下文数据，而线程只需要切换PCB，上下文数据即可，因为进程中的线程共用着同一个地址空间，必然使用同一个页表。

线程占用的资源要比进程少很多

线程只占用进程中的一部分资源，这部分资源是由进程来分配的。

能充分利用多处理器的可并行数量

当有多个处理器时，一个进程中，每个PCB都可以被CPU调度，然后运行，此时将进程的任务分配给线程之后，每个线程只去完成自己的一部分任务即可。

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

当要进行I/O操作时，并且I/O比较慢时，可以让一个PCB等待，而其他的线程去执行其他的任务。

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

计算密集型，例如解压压缩包，需要进行大量的计算，将任务分配给各个线程，就会提高效率。

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。

例如我们在线观看电视剧，电影时，有多个线程，就可以将等待I/O的时间重叠，例如在多个线程同时等待，就可以提高效率。

四、线程的缺点

性能损失

一个很少被外部事件阻塞的计算密集型线程往往无法与共它线程共享同一个处理器。如果计算密集型线程的数量比可用的处理器多，那么可能会有较大的性能损失，这里的性能损失指的是增加了额外的同步和调度开销，而可用的资源不变。

通常情况下，在计算密集型线程应比处理器的数量少，如果多于处理器的数量，CPU在调度线程时会过度切换，所以说线程也并不是越多越好。

健壮性降低

编写多线程需要更全面更深入的考虑，在一个多线程程序里，因时间分配上的细微偏差或者因共享了不该共享的变量而造成不良影响的可能性是很大的，换句话说线程之间是缺乏保护的。
由于多线程程序中，多个线程同时共享地址空间，所以某个线程会干扰其他线程，比如如果一个线程崩溃，进程就会崩溃，其他的线程自然而然也会崩溃。

缺乏访问控制

进程是访问控制的基本粒度，在一个线程中调用某些OS函数会对整个进程造成影响。
共享地址空间，所以可能其他线程可以访问该线程的数据。

编程难度提高

编写与调试一个多线程程序比单线程程序困难得多

五、线程异常

单个线程如果出现除零，野指针问题导致线程崩溃，进程也会随着崩溃
线程是进程的执行分支，线程出异常，就类似进程出异常，进而触发信号机制，终止进程，进程终止，该进程内的所有线程也就随即退出。
使用pthread_create接口来创建线程，详细讲解见下篇文章
在这里插入图片描述
接下来先编写一个多线程的程序：

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<pthread.h>
#define NUM 5

void* pthread_run(void* args)
{
   while(1){
     int num = *(int*)args;
        printf("我是新线程[%d], 我创建的线程ID是: %lu\n", num,pthread_self());
        sleep(2);
        if(num==3)
        {
          printf("thread number : %d quit\n", num);
          //野指针，会造成线程崩溃
          int* p = NULL;
          *p=100;
        }
  }
}
int main()
{
  pthread_t tid[NUM];
  for(int i=0;i<NUM;i++ )
  {
    pthread_create(&tid[i],NULL,pthread_run,(void*)&i);
    sleep(1);
  }

 while(1)
 {
     printf("我是主线程, 我的thread ID: %lu\n", pthread_self());

     printf("#########################begin########################\n");
     for(int i = 0; i < NUM; ++i){
         printf("我创建的线程[%d]是: %lu\n", i, tid[i]);
     }
     printf("#########################end########################\n");
     sleep(1);
 }

  return 0;
}

当运行一段时间之后，因为野指针，说明线程一定会崩溃，那么整个进程呢?
在这里插入图片描述

我们发现整个进程都崩溃了，这就是线程的异常会引起进程的异常。