前言

本篇博客梳理關于線程相關的Q&A，包括了線程概念與線程的控制。若讀者也在復習這塊知識，或者正在學習這塊知識，可以通過這些Q&A檢測自己的知識掌握情況。此外，思維導圖已經(jīng)更新至我的gitee，Q&A之外的體系梳理還請移步思維導圖。

Q&A

線程概念

Q：線程和進程的區(qū)別？（為什么要有線程，從進程的角度說明這個問題）

A：Linux用task_struct結構體描述一個進程，可以說進程 = task_struct + 內存中的數(shù)據(jù)與代碼。而task_struct包含了進程頁表、進程地址空間等資源，創(chuàng)建一個進程就需要為它分配這些資源。值得思考的是：分配資源本身就需要消耗資源，進程是否能充分利用分配得到的資源？而且由于進程具有獨立性，進程間想要共享或發(fā)送數(shù)據(jù)，就要進行進程間通信，但通信的成本過高，會消耗過多資源，降低系統(tǒng)的性能。

若操作系統(tǒng)只有進程，那么進程就是系統(tǒng)的基本執(zhí)行流。

• 要執(zhí)行不同的程序，就要創(chuàng)建新的進程，但是創(chuàng)建進程會帶來資源的消耗，這是其一
• 若一個進程要使用另一個進程的數(shù)據(jù)，就要進行進程間通信，通信的代價也是額外資源的消耗，這是其二

為解決以上兩個問題（最主要的兩個），線程被引入，線程作為進程的一部分，和進程共享進程地址空間（資源），同時解決了進程間通信與反復創(chuàng)建進程帶來的資源消耗問題。

Q：Linux是如何設計線程的？

A：學習進程時，我們說：進程 = task_struct + 內存中的數(shù)據(jù)與代碼，這個說法默認了task_struct是進程控制塊，也就是說task_struct是為了進程而設計的結構。但是事實并不是這樣，準確的說task_struct是Linux中的一個執(zhí)行流。若一個進程下沒有線程（或者說唯一的線程就是自己），此時的進程就是一個執(zhí)行流。若一個進程下有多個線程，此時的進程就不再是執(zhí)行流，此時的執(zhí)行流是進程下的線程，進程是多個執(zhí)行流的集合。

所以task_struct即不是為進程設計的，也不是為線程設計的，它是為執(zhí)行流這個概念設計的，你也可以極端點，認為Linux下沒有進程與線程的概念，Linux只有執(zhí)行流的概念。提出進程和線程只是為了更好的理解操作系統(tǒng)。

回到問題，你可以認為Linux只有執(zhí)行流的概念，它對應的結構體為task_struct。但是為了使多個執(zhí)行流可以同時使用相同的資源而不沖突，Linux肯定是要對線程進行設計的。我們可以通過if else判斷fork的返回值，控制父子進程，使兩進程分別執(zhí)行不同的代碼塊（函數(shù)），從而使它們的函數(shù)棧分離，體現(xiàn)在進程地址空間上，兩進程就是使用了不同的空間。這樣的思想也體現(xiàn)在線程的設計中，Linux設計了thread_struct結構體，其中有一組變量維護了寄存器地址，這些寄存器則維護了一個函數(shù)棧。所以，每個線程都享有一個獨立的函數(shù)棧（地址空間），這樣就解決了線程間數(shù)據(jù)沖突的問題。

總結一下：Linux用thread_struct結構體表示線程結構，該結構體中最重要的是一組寄存器地址，這些寄存器維護了線程的函數(shù)棧，使線程享有獨立的資源，互不沖突。

Q：學習了線程后，你能說說進程和線程最大的區(qū)別是什么嗎？

A：兩者最大的區(qū)別就是：承擔的職責不同

• 進程是系統(tǒng)中資源分配的基本單位，系統(tǒng)分配進程地址空間、頁表等結構，消耗了大量資源
• 線程是系統(tǒng)中調度的基本單位，系統(tǒng)分配資源給進程，線程使用進程的一部分資源，以執(zhí)行任務

進程和線程的比較

Q：線程使用進程的資源，它們之間的所有資源都是共享的嗎？有哪些資源不是共享的？

A：

• 線程獨享的資源

1. 線程ID：需要用不同的線程ID標識同一進程下的不同線程
2. 一組寄存器與函數(shù)棧：為了防止線程之間發(fā)送數(shù)據(jù)沖突，線程需要維護自己的函數(shù)棧
3. errno：每個線程必須獨享errno以便在程序崩潰時更快定位錯誤
4. 信號屏蔽字：每個線程可以設置自己想要屏蔽的信號
5. 調度優(yōu)先級：可以設置線程的優(yōu)先級以調整線程的執(zhí)行順序

• 線程與進程共享的數(shù)據(jù)

1. 文件描述符表：線程和進程打開的文件，彼此都能看到
2. 信號的遞達方式：線程和進程設置的信號遞達方式也會彼此影響
3. 當前工作路徑：進程與使用其資源的線程在同一工作路徑下運行
4. 用戶id和組id：進程與使用其資源的線程擁有相同的owner和group

Q：線程的優(yōu)缺點分別是什么？

A：

• 優(yōu)點：

1. 充分使用進程的資源，盡可能的減少不必要進程的創(chuàng)建，提高系統(tǒng)性能
2. 線程之間數(shù)據(jù)共享，比起進程間通信，這是一種更高效的通信方式
3. 創(chuàng)建線程的代價小于進程，因為系統(tǒng)不要為線程分配頁表、進程地址空間這樣的資源
4. 切換線程的代價小于進程，因為系統(tǒng)不需要重新加載頁表、進程地址空間，只需要重新加載task_struct結構體以及線程的函數(shù)棧
5. 充分利用多處理器的可并行數(shù)量
6. 在含有慢速IO的進程中，可以創(chuàng)建線程等待慢速IO的結束，使進程可以執(zhí)行其他任務，不必等待慢速IO的結束
7. 在密集IO的進程中，可以創(chuàng)建多個線程等待IO的結束，使等待時間重疊，有效提高了程序的運行效率

• 缺點：

8. 健壯性較差：線程崩潰退出會導致進程的退出
9. 調試難度大：多線程程序下的錯誤難以定位

線程操作

Q：線程終止的三種方式分別是什么？

A：

1. 直接return，不過返回的對象要強轉為(void*)
2. 調用int pthread_exit(void* retval)退出，該函數(shù)的參數(shù)是一個類型為void*的變量
3. 調用int pthread_cancel(pthread_t thread)向指定線程發(fā)送cancel信號，該線程的返回值為-1

Q：為什么pthread_self()的返回值和LWP不一樣？

A：LWP（light weight process），輕量級進程，使用ps -aL可以查看線程的LWP。而pthread_self()的返回值（線程ID）遠遠大于LWP，其原因是：

• Linux沒有提供線程的操作接口，或者說這些接口不夠簡便，需要自己設置于管理線程的屬性。我們的線程操作基于第三方庫，第三方庫幫助我們設置與管理線程的屬性

• 第三方庫使用struct thread_info結構體存儲線程的信息，而這些結構存儲在進程地址空間的共享區(qū)，線程ID的值就等于這些結構體的首地址

• 可以通過程序驗證，線程ID的值小于棧區(qū)地址，大于堆區(qū)地址
  

• LWP是內核的一個概念，內核用LWP對輕量級進程進行管理

• 線程ID是地址空間的一個概念，通過線程ID可以找到線程的屬性，從而對線程進程管理（這是我們通過線程庫對線程的間接管理）

Q：為什么要進行線程分離？

A：主線程創(chuàng)建的子線程默認具有joinable屬性，若主線程不主動join子線程，會造成資源泄漏與線程句柄的耗盡。線程分離后，主線程不用join子線程，子線程結束，其資源會自動釋放。

這個問題也能理解為：為什么要join子線程？兩個原因：一個是回收子線程的資源，一個是得到子線程的返回值，前者是必要的，而后者是非必要的。當主線程不再關心子線程的返回信息時，主線程可以主動分離該線程。

Q：為什么要由主線程分離子線程？不能子線程自己分離？

A：這是為了防止一些bug的產(chǎn)生，也是一種編程規(guī)范。若子線程調用pthread_detach分離自己，主線程無法確定子線程什么時候被分離，如果主線程在在子線程調用pthread_detach之前調用pthread_join該線程，那么主線程會陷入阻塞，但由于該線程被分離，不會向主線程返回，所以主線程會陷入永久的阻塞，程序因此產(chǎn)生bug。

所以不能讓子線程調用pthread_detach分離自己，這會帶來一些不確定性。同時我們也要確保主線程不要對將要分離或已經(jīng)分離的子線程做任何操作。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-412972.html

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