线程

与进程近似，线程是允许应用程序并发执行多个任务的一种机制。如下图所示，一个进程可以包含多个线程。同一个程序的所有线程均会独立地执行相同的程序，且会共享统一份全局内存区域，包括初始化数据段(initialized data)、未初始化数据段（uninitialized data）以及堆内存段（heap segment）。

注意：

1. 传统意义上的UNIX进程是多线程程序的一个特例，该进程值包括一个线程。

2. 下图作了简化。特别是，线程栈(thread stack)的位置可能会与共享库、共享内存区域混在一起，这取决于创建线程、加载共享库，以及映射共享内存的具体顺序。而且，对于不同的Linux发行版，线程地址也会有所不同。

进程的问题

• 进程间信息难以共享。只能通过进程间通信（IPC）的方式在进程间进行信息交换。

• 调用fork()来创建进行的代价较高。即使利用写时复制（copy-on-write）技术，仍然需要复制内存页表（page table）和文件描述符（file descriptor table）等多种进程属性。

线程解决了上述的痛点：

• 线程之间可以快速共享信息。

• 创建线程效率比创建进程快10倍以上。（创建线程是clone()实现的）。

线程之间共享的数据

全局性：

• 全局内存

• 进程ID、父进程ID

• 进程组ID、会话ID

• 控制终端

• 打开的文件描述符

• 进程凭证

• fcntl()创建的记录锁（record clock）

• 信号（signal）处置

• 文件系统相关信息

• 间隔定时器、POSIX定时器

• 系统V信号量撤销值

• 资源限制

• CPU时间消耗

• 资源消耗

• nice值

独有属性：

• 线程ID

• 信号掩码

• 线程特有数据

• 备选信号栈

• errno变量

• 浮点型环境

• 实时调度策略（real-time scheduleing policy）和优先级

• CPU亲和力（affinity）

• 能力（capablity）

• 栈、本地变量和函数的调用链接信息

线程ID

进程内部每一个线程都有一个唯一标识，成为线程ID。线程ID会返回pthread_create()的调用者，一个线程可以通过pthread_self()来获取线程ID。

POSIX线程ID和Linux专有的系统调用gettid()返回的线程ID
并不相同。POSIX线程ID由线程库实现来负责分配和维护。gettid()返回的线程ID是由内核(Kernel)分配的数字，类似于进程ID（process ID)。虽然在LINUX NPTL线程实现中，每个POSIX线程都对应于唯一的线程内核线程ID，但应用程序一般无需了解内核ID。

线程特有数据

线程特有数据使函数得以为每个调用线程分别维护一份变量的副本。线程特有数据是长期存在的。在同一线程对相同通过的函数历次调用期间，每个线程的变量会持续存在，函数可以向每个调用线程返回各自的结果缓存区。

实时调度策略和优先级

在Linux中，调度进程使用的CPU默认模型是循环时间共享。在这种模型中，每个进程轮流使用CPU一段时间，这段时间称之为时间片或者量子。循环时间共享满足了交互式多任务的两个重度需求：

• 公平性：每个进程都有机会用到CPU。

• 响应度：一个进程在使用CPU之前无需等待太常的时间。

进程的nice值允许进程间接地影响内核的调度算法，每个进程都有一个nice值，其中取值范围是-20（高优先级）～19（低优先级），默认值是0。

CPU亲和力（affinity）

LINUX提供非标准系统调用来修改进程的硬CPU亲和力：sched_setaffinity()和sched_getaffinity()。

CPU亲和力是线程级特性，可以调整线程组中的每一个线程。

#define _GNU_SOURCE
#include <sched.h>

void CPU_ZEOR(cpu_set_t *set);  // 设置为0
void CPU_SET(int cpu, cpu_set_t *set);  // 设置cpu性质
void CPU_CLR(int cpu, cpu_set_t *set);  // 清除设置
int CPU_ISSET(int cpu, cpu_set_t *set);  // 检测cpu是否在set中。

// 返回值=1,cpu被设置了；否则，返回0。

Pthreads

线程数据类型（Pthreads data type）

数据类型	描述
pthread_t	线程ID
pthread_mutex_t	互斥对象（Mutex）
pthread_mutexattr_t	互斥属性对象
pthread_cond_t	条件变量（condition ariable）
pthread_condattr_t	条件变量的属性对象
pthread_key_t	线程特有数据的键
pthead_once_t	一次性初始化控制上下文（control context）
pthead_attr_t	线程的属性对象