Linux 第三十二章

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线程

线程的概念

linux并不存在真正意义上的线程，而是利用进程的资源模拟实现线程的

[ps -aL](#ps -aL)

[CPU 的局部性原理](#CPU 的局部性原理)

cache:高速缓存

线程

线程的概念

线程是比进程更加轻量化的执行流/线程是在进程内部执行的一种执行流

在 Linux 中，线程是指在同一进程内并发执行的轻量级执行单元。与进程不同的是，线程共享相同的地址空间和其他资源，包括文件描述符、信号处理和状态信息。每个线程都有自己的栈，但它们共享数据段、代码段和其他内存部分。这使得线程之间的切换比进程之间的切换更加高效。

线程是CPU调度的基本单位/进程是承担系统资源的基本实体

创建一个线程，只需要创建pcb，不需要创建虚拟地址空间、页表等，多个进程pcb指向一个虚拟地址空间即可

os如果支持线程，也必须管理线程，先描述，再组织，TCB（linux中不会单独设计线程TCB，因为线程大多数东西，都是和PCB差不多，所以只需要复用即可，windows是单独设计了一套TCB）

linux并不存在真正意义上的线程，而是利用进程的资源模拟实现线程的

事例
cpp 复制代码
#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>

using namespace std;

void* threadroutine(void* arg)
{
const char* threadname=(const char*)arg;

while(true)
{
cout<<"I am a new thread"<<threadname<<endl;
sleep(1);
}
}

int main()

{
//这里已经有进程了
pthread_t tid;

pthread_create(&tid,nullptr,threadroutine,(void*)"thread 1");

//主线程
while(true)
{
cout<<"I am main thread"<<endl;
sleep(1);
}
return 0;

}

结果：
[BCH@hcss-ecs-6176 2_21]$ ./testThread 
I am main thread
I am a new threadthread 1
I am main thread
I am a new threadthread 1
I am main thread
I am a new threadthread 1
I am main thread
I am a new threadthread 1
I am main thread
I am a new threadthread 1

[BCH@hcss-ecs-6176 2_21]$ while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep testThread | grep -v grep; sleep 1; done 
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
 6528  2570  2570  6528 pts/5     2570 Sl+   1000   0:00 ./testThread
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
 6528  2570  2570  6528 pts/5     2570 Sl+   1000   0:00 ./testThread
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
 6528  2570  2570  6528 pts/5     2570 Sl+   1000   0:00 ./testThread
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
 6528  2570  2570  6528 pts/5     2570 Sl+   1000   0:00 ./testThread
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
 6528  2570  2570  6528 pts/5     2570 Sl+   1000   0:00 ./testThread
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
 6528  2570  2570  6528 pts/5     2570 Sl+   1000   0:00 ./testThread
 PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND

从结果可以知道，主线程和新线程都向屏幕输出了，并且通过ps指令检测只有一个进程
ps -aL

ps -aL 命令用于显示系统中所有进程的详细信息，包括每个线程的信息。在 ps -aL 命令中，-a 选项表示显示所有用户的进程，-L 选项表示显示每个线程的信息。这样，执行该命令后会列出系统中所有进程及其相关的线程信息。

事例
cpp 复制代码
[BCH@hcss-ecs-6176 2_21]$ ps -aL
  PID   LWP TTY          TIME CMD//轻量级进程
11501 11501 pts/5    00:00:00 testThread
11501 11503 pts/5    00:00:00 testThread
11780 11780 pts/1    00:00:00 ps
29191 29191 pts/2    00:00:00 top

在pcb中有一个LWP字段，它和pid类似的
CPU调度的时候看的都是LWP

如果进程里面只有一个pcb，那么这个线程的pid和lwp数值是一样的

如果进程里面只有多个pcb，那么这个主线程的pid和lwp数值是一样的，其他线程的pcb和lwp是不一样的

线程间通信的成本很低，因为他们共享的是同一份资源，而进程间通信的成本就比较高

线程之间切换，不用切换cpu中所有的寄存器

进程之间切换，需要切换cpu中所有的寄存器

CPU 的局部性原理

CPU 的局部性原理是指在程序访问内存时，程序很可能会重复访问一组相邻的内存地址，而不是随机地访问各个内存地址。这种局部性原理通常分为两种类型：时间局部性和空间局部性。

时间局部性（Temporal Locality）

时间局部性是指如果一个数据被访问过一次，那么在不久的将来它可能会再次被访问。这意味着程序倾向于重复使用最近访问过的数据。CPU 利用时间局部性可以减少从内存中加载数据的次数，提高程序的性能。

空间局部性（Spatial Locality）

空间局部性是指如果一个数据被访问过一次，那么与该数据相邻的数据也很可能会在不久的将来被访问。这意味着程序倾向于访问连续内存地址中的数据。CPU 利用空间局部性可以通过预取缓存行等技术来提前加载相邻数据，减少访问延迟，进而提高程序的性能。

cache:高速缓存

缓存的作用是提高 CPU 的性能。CPU 访问主内存需要花费很长时间，而缓存可以存储 CPU 频繁访问的指令和数据，以便快速地响应 CPU 的访问请求。当 CPU 访问主内存时，如果所需数据已经存储在缓存中，则可以直接从缓存中获取数据，从而避免了访问主内存所需的长时间延迟。这种方式称为缓存命中（cache hit）。

线程间切换，不需要切换cache

线程切换为什么效率高

1.寄存器切换的少

2.cache不需要重新切换

时间片也要被内部的线程瓜分，时间片也是资源
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