4.1.8  Linux的线程简介

　　1．Linux线程的定义

　　线程（thread）是在共享内存空间中并发的多道执行路径，它们共享一个进程的资源，如文件描述和信号处理。在两个普通进程（非线程）间进行切换时，内核准备从一个进程的上下文切换到另一个进程的上下文要花费很大的开销。这里上下文切换的主要任务是保存老进程CPU状态并加载新进程的保存状态，用新进程的内存映像替换进程的内存映像。线程允许你的进程在几个正在运行的任务之间进行切换，而不必执行前面提到的完整的上下文。另外本文介绍的线程是针对POSIX线程，也就是pthread。也因为Linux对它的支持最好。相对进程而言，线程是一个更加接近于执行体的概念，它可以与同进程中的其他线程共享数据，但拥有自己的栈空间，拥有独立的执行序列。在串行程序基础上引入线程和进程是为了提高程序的并发度，从而提高程序运行效率和响应时间。也可以将线程和轻量级进程（LWP）视为等同的，但其实在不同的系统/实现中有不同的解释，LWP更恰当的解释为一个虚拟CPU或内核的线程。它可以帮助用户态线程实现一些特殊的功能。Pthread是一种标准化模型，它用来把一个程序分成一组能够同时执行的任务。

　　2．什么场合会使用Pthread即线程

　　（1）在返回前阻塞的I/O任务能够使用一个线程处理I/O，同时继续执行其他处理任务。

　　（2）在有一个或多个任务受不确定性事件，比如网络通信的可获得性影响的场合，能够使用线程处理这些异步事件，同时继续执行正常的处理。

　　（3）如果某些程序功能比其他的功能更重要，可以使用线程以保证所有功能都出现，但那些时间密集型的功能具有更高的优先级。

　　以上三点可以归纳为：在检查程序中潜在的并行性时，也就是说在要找出能够同时执行任务时使用Pthread。上面已经介绍了，Linux进程模型提供了执行多个进程的能力，已经可以进行并行或并发编程，可是线程能够让你对多个任务的控制程度更好、使用资源更少，因为一个单一的资源，如全局变量，可以由多个线程共享。而且，在拥有多个处理器的系统上，多线程应用会比用多个进程实现的应用执行速度更快。

　　3．Linux进程和线程的发展

　　1999年1月发布的Linux 2.2内核中，进程是通过系统调用fork创建的，新的进程是原来进程的子进程。需要说明的是，在2.2.x中，不存在真正意义上的线程（Thread）。Linux中常用的线程Pthread实际上是通过进程来模拟的。也就是说Linux中的线程也是通过fork创建的，是"轻"进程。Linux 2.2默认只允许4096个进程/线程同时运行。高端系统同时要服务上千的用户，所以这显然是一个问题，一度是阻碍Linux进入企业级市场的一大因素。

　　2001年1月发布的Linux 2.4内核消除了这个限制，并且允许在系统运行中动态调整进程数上限。因此，进程数现在只受制于物理内存的多少。在高端服务器上，即使只安装了512MB内存，现在也能轻而易举地同时支持1万6千个进程。

　　2003年12月发布的2.6内核，进程调度经过重新编写，去掉了以前版本中效率不高的算法。以前，为了决定下一步要运行哪一个任务，进程调度程序要查看每一个准备好的任务，并且经过计算来决定哪一个任务相对来说更为重要。进程标识号（PID）的数目也从32000升到10亿。内核内部的大改变之一就是Linux的线程框架被重写，以使NPTL（Native POSIX Thread Library）可以运行于其上。对于运行负荷繁重的线程应用的Pentium Pro及更先进的处理器而言，这是一个主要的性能提升，也是企业级应用中的很多高端系统一直以来所期待的。线程框架的改变包含Linux线程空间中的许多新的概念，包括线程组、线程各自的本地存储区、POSIX风格信号，以及其他改变。改进后的多线程和内存管理技术有助于更好地运行大型多媒体应用软件。

　　4．总结

　　线程和进程在使用上各有优缺点：线程执行开销小，但不利于资源的管理和保护；而进程正相反。同时，线程适合于在对称多处理器的计算机上运行，而进程则可以跨机器迁移。另外进程可以拥有资源，线程共享进程拥有的资源。进程间的切换必须保存在进程控制块PCB（Process Control Block）中。同个进程的多个线程间的切换不用那么麻烦。最后以一个实例来作为本文的结束：当你在一台Linux PC上打开两个OICQ，每一个OICQ是一个进程；而当你在一个OICQ上和多人聊天时，每一个聊天窗口就是一个线程。