嵌入式Linux:什么是线程?

原创 美男子玩编程 2024-12-16 08:01

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线程是操作系统调度的最小单位,是进程内的实际运行单位。


一个线程代表进程中的一条执行路径(或控制流),在同一个进程中可以创建多个线程,这些线程可以并发执行,完成不同的任务。


例如,某应用程序可以将两个并发运行的任务(如任务 task1 和 task2)分别分配给两个不同的线程。


1


线程的创建

当一个程序启动时,操作系统会创建一个进程,并同时生成一个线程,这个线程通常称为主线程(Main Thread)。


主线程是程序运行的起始点,对应于 main() 函数。在大多数情况下,程序的逻辑和任务执行都从主线程开始。


每个进程至少有一个主线程。只有主线程的进程被称为单线程进程,而如果一个进程除了主线程外还有其他线程,这样的进程则称为多线程进程。


新线程通常由主线程通过调用 pthread_create() 等函数创建,形成主线程的子线程。


主线程的重要性体现在以下两个方面:

  • 子线程的创建其他线程(子线程)由主线程负责创建。

  • 清理工作主线程通常在程序结束时进行资源清理,包括回收子线程。


2


线程的特点

线程是程序的基本运行单位,进程本身不能直接执行,真正执行的是进程中的线程。


启动应用程序后,系统会创建一个进程,可以视为一个容器,包含线程运行所需的数据结构和环境变量。


同一进程中的多个线程共享该进程的所有系统资源,包括虚拟地址空间、文件描述符和信号处理等。


然而,每个线程拥有自己的调用栈、寄存器环境和线程本地存储。


多线程应用程序通常包括多个线程,每个线程可以参与系统调度并被 CPU 执行,线程的特点包括:

  • 包含关系线程不能独立存在,必须包含在进程中。

  • 调度单位线程是操作系统调度的基本单位。

  • 并发执行同一进程的多个线程可以并发执行,实现宏观上的同时运行效果。

  • 资源共享同一进程中的线程共享该进程的资源,允许线程访问所有共享的虚拟地址和已打开的文件。


3


线程与进程的比较

进程可以创建多个子进程来实现并发处理,而线程则在单一进程内通过多个线程实现并发处理。两种编程模型各有优劣。


多进程编程的劣势:

  • 高开销进程间切换的开销较大,特别是在中小型应用中,性能损失显著。

  • 复杂的进程间通信由于每个进程在独立的地址空间中,相互通信较为困难。


多线程编程的优势:

  • 低开销同一进程的线程切换开销小,性能更优。

  • 简便的线程间通信线程共享进程的地址空间,通信更容易。

  • 更快的创建速度线程的创建速度通常快于进程。

  • 适合多核处理器多线程在多核处理器上能更好地利用硬件资源,提高性能。


尽管多线程编程相比多进程编程具有明显优势,但多线程也存在一些缺点,如编程复杂度高、需要考虑线程安全问题和信号处理等。因此,编写和调试多线程程序比单线程程序要困难得多。


总的来说,线程作为轻量级的执行单位,为并发和实时处理提供了高效的解决方案。


在嵌入式系统和多任务应用中,多线程编程常常更为实用,但也需要程序员具备较高的技术水平,以应对其复杂性和潜在的问题。

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