線程有哪些主要介紹與特點(diǎn)
線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理的線程的內(nèi)容，希望大家喜歡!
線程的介紹
線程，有時(shí)被稱為輕量級(jí)進(jìn)程(Lightweight Process，LWP)，是程序執(zhí)行流的最小單元。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的線程由線程ID，當(dāng)前指令指針(PC)，寄存器集合和堆棧組成。另外，線程自己不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點(diǎn)兒在運(yùn)行中必不可少的資源，但它可與同屬一個(gè)進(jìn)程的其它線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源。一個(gè)線程可以創(chuàng)建和撤消另一個(gè)線程，同一進(jìn)程中的多個(gè)線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。由于線程之間的相互制約，致使線程在運(yùn)行中呈現(xiàn)出間斷性。線程也有就緒、阻塞和運(yùn)行三種基本狀態(tài)。就緒狀態(tài)是指線程具備運(yùn)行的所有條件，邏輯上可以運(yùn)行，在等待處理機(jī);運(yùn)行狀態(tài)是指線程占有處理機(jī)正在運(yùn)行;阻塞狀態(tài)是指線程在等待一個(gè)事件(如某個(gè)信號(hào)量)，邏輯上不可執(zhí)行。每一個(gè)程序都至少有一個(gè)線程，若程序只有一個(gè)線程，那就是程序本身。
線程是程序中一個(gè)單一的順序控制流程。進(jìn)程內(nèi)一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的、可調(diào)度的執(zhí)行單元，是系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派CPU的基本單位指運(yùn)行中的程序的調(diào)度單位。在單個(gè)程序中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)線程完成不同的工作，稱為多線程。
線程的特點(diǎn)
在多線程O(píng)S中，通常是在一個(gè)進(jìn)程中包括多個(gè)線程，每個(gè)線程都是作為利用CPU的基本單位，是花費(fèi)最小開(kāi)銷(xiāo)的實(shí)體。線程具有以下屬性。
1)輕型實(shí)體
線程中的實(shí)體基本上不擁有系統(tǒng)資源，只是有一點(diǎn)必不可少的、能保證獨(dú)立運(yùn)行的資源。
線程的實(shí)體包括程序、數(shù)據(jù)和TCB。線程是動(dòng)態(tài)概念，它的動(dòng)態(tài)特性由線程控制塊TCB(Thread Control Block)描述。TCB包括以下信息：
(1)線程狀態(tài)。
(2)當(dāng)線程不運(yùn)行時(shí)，被保存的現(xiàn)場(chǎng)資源。
(3)一組執(zhí)行堆棧。
(4)存放每個(gè)線程的局部變量主存區(qū)。
(5)訪問(wèn)同一個(gè)進(jìn)程中的主存和其它資源。
用于指示被執(zhí)行指令序列的程序計(jì)數(shù)器、保留局部變量、少數(shù)狀態(tài)參數(shù)和返回地址等的一組寄存器和堆棧。
2)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。
在多線程O(píng)S中，線程是能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，因而也是獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。由于線程很“輕”，故線程的切換非常迅速且開(kāi)銷(xiāo)小(在同一進(jìn)程中的)。
3)可并發(fā)執(zhí)行。
在一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間，可以并發(fā)執(zhí)行，甚至允許在一個(gè)進(jìn)程中所有線程都能并發(fā)執(zhí)行;同樣，不同進(jìn)程中的線程也能并發(fā)執(zhí)行，充分利用和發(fā)揮了處理機(jī)與外圍設(shè)備并行工作的能力。
4)共享進(jìn)程資源。
在同一進(jìn)程中的各個(gè)線程，都可以共享該進(jìn)程所擁有的資源，這首先表現(xiàn)在：所有線程都具有相同的地址空間(進(jìn)程的地址空間)，這意味著，線程可以訪問(wèn)該地址空間的每一個(gè)虛地址;此外，還可以訪問(wèn)進(jìn)程所擁有的已打開(kāi)文件、定時(shí)器、信號(hào)量機(jī)構(gòu)等。由于同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程共享內(nèi)存和文件，所以線程之間互相通信不必調(diào)用內(nèi)核。
線程與進(jìn)程的比較
進(jìn)程是資源分配的基本單位。所有與該進(jìn)程有關(guān)的資源，都被記錄在進(jìn)程控制塊PCB中。以表示該進(jìn)程擁有這些資源或正在使用它們。
另外，進(jìn)程也是搶占處理機(jī)的調(diào)度單位，它擁有一個(gè)完整的虛擬地址空間。當(dāng)進(jìn)程發(fā)生調(diào)度時(shí)，不同的進(jìn)程擁有不同的虛擬地址空間，而同一進(jìn)程內(nèi)的不同線程共享同一地址空間。
與進(jìn)程相對(duì)應(yīng)，線程與資源分配無(wú)關(guān)，它屬于某一個(gè)進(jìn)程，并與進(jìn)程內(nèi)的其他線程一起共享進(jìn)程的資源。
線程只由相關(guān)堆棧(系統(tǒng)棧或用戶棧)寄存器和線程控制表TCB組成。寄存器可被用來(lái)存儲(chǔ)線程內(nèi)的局部變量，但不能存儲(chǔ)其他線程的相關(guān)變量。
通常在一個(gè)進(jìn)程中可以包含若干個(gè)線程，它們可以利用進(jìn)程所擁有的資源。在引入線程的操作系統(tǒng)中，通常都是把進(jìn)程作為分配資源的基本單位，而把線程作為獨(dú)立運(yùn)行和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。由于線程比進(jìn)程更小，基本上不擁有系統(tǒng)資源，故對(duì)它的調(diào)度所付出的開(kāi)銷(xiāo)就會(huì)小得多，能更高效的提高系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)程序間并發(fā)執(zhí)行的程度，從而顯著提高系統(tǒng)資源的利用率和吞吐量。因而近年來(lái)推出的通用操作系統(tǒng)都引入了線程，以便進(jìn)一步提高系統(tǒng)的并發(fā)性，并把它視為現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)。
線程與進(jìn)程的區(qū)別可以歸納為以下4點(diǎn)：
1)地址空間和其它資源(如打開(kāi)文件)：進(jìn)程間相互獨(dú)立，同一進(jìn)程的各線程間共享。某進(jìn)程內(nèi)的線程在其它進(jìn)程不可見(jiàn)。
2)通信：進(jìn)程間通信IPC，線程間可以直接讀寫(xiě)進(jìn)程數(shù)據(jù)段(如全局變量)來(lái)進(jìn)行通信——需要進(jìn)程同步和互斥手段的輔助，以保證數(shù)據(jù)的一致性。
3)調(diào)度和切換：線程上下文切換比進(jìn)程上下文切換要快得多。
4)在多線程O(píng)S中，進(jìn)程不是一個(gè)可執(zhí)行的實(shí)體。
線程的基本屬性
在多線程O(píng)S中，通常是在一個(gè)進(jìn)程中包括多個(gè)線程，每個(gè)線程都是作為利用CPU的基本單位，是花費(fèi)最小開(kāi)銷(xiāo)的實(shí)體。線程具有以下屬性。
1)輕型實(shí)體
線程中的實(shí)體基本上不擁有系統(tǒng)資源，只是有一點(diǎn)必不可少的、能保證獨(dú)立運(yùn)行的資源，比如，在每個(gè)線程中都應(yīng)具有一個(gè)用于控制線程運(yùn)行的線程控制塊TCB，用于指示被執(zhí)行指令序列的程序計(jì)數(shù)器、保留局部變量、少數(shù)狀態(tài)參數(shù)和返回地址等的一組寄存器和堆棧。
2)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。
在多線程O(píng)S中，線程是能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，因而也是獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。由于線程很“輕”，故線程的切換非常迅速且開(kāi)銷(xiāo)小。
3)可并發(fā)執(zhí)行。
在一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間，可以并發(fā)執(zhí)行，甚至允許在一個(gè)進(jìn)程中所有線程都能并發(fā)執(zhí)行;同樣，不同進(jìn)程中的線程也能并發(fā)執(zhí)行。
4)共享進(jìn)程資源。
在同一進(jìn)程中的各個(gè)線程，都可以共享該進(jìn)程所擁有的資源，這首先表現(xiàn)在：所有線程都具有相同的地址空間(進(jìn)程的地址空間)，這意味著，線程可以訪問(wèn)該地址空間的每一個(gè)虛地址;此外，還可以訪問(wèn)進(jìn)程所擁有的已打開(kāi)文件、定時(shí)器、信號(hào)量機(jī)構(gòu)等。
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