
与进程不同,线程共享进程的地址空间和其他资源,这使得线程间的通信和数据共享变得更为高效
Linux中的线程通过轻量级进程(LWP)模拟实现,采用clone()系统调用进行创建,这一机制使得线程在资源使用和调度上比进程更加轻量和灵活
一、Linux线程的基础 在Linux中,线程是操作系统调度的基本单位,而进程则是资源分配的基本实体
线程共享进程的许多资源,包括文件描述符、信号处理方式、当前工作目录、用户ID和组ID等,但每个线程也有自己独立的数据,如栈、寄存器、线程ID、调度优先级、errno和信号屏蔽字等
线程的创建通过clone()系统调用实现,并可以指定与调用者共享哪些资源
常用的参数包括CLONE_VM(共享内存空间)、CLONE_FS(共享文件系统)和CLONE_FILES(共享文件描述符)等
这种共享机制使得线程间的通信和数据共享变得高效,同时也降低了资源的使用
二、默认线程的属性和调度 在Linux中,创建线程时通常采用的都是默认属性
这些默认属性已经能够解决绝大部分开发时遇到的问题,但如果需要在某些方面对程序的性能提出更高的要求,就需要对线程的属性进行修改
1.调度策略和优先级 Linux内核根据线程的优先级和调度策略来调度线程的执行
线程的调度策略决定了线程以何种方式占用CPU资源
Linux提供了几种不同的调度策略: -SCHED_OTHER:分时调度策略,属于非实时调度策略
这是默认线程属性中的调度策略,该策略下的静态调度优先级总是为0
对于该策略表中的线程,调度器是基于动态优先级进行调度的,以确保所有分时调度策略表中的线程公平运行
-SCHED_FIFO:先入先出调度策略,属于实时调度策略
该策略下的线程一旦占用CPU则一直运行,直到有更高优先级任务到达或自己结束
-SCHED_RR:时间片轮询调度策略,是在SCHED_FIFO的基础上改进而来
该策略为每个线程增加了一个时间片,当时间片用完后,系统将该线程置于队列末尾,保证了SCHED_RR策略表中所有具有相同优先级的线程被公平调度
在实时调度策略下,线程的优先级范围是1-99,数值越大优先级越高
实时调度策略中的线程优先级总是高于非实时调度策略中的线程
2.线程的分离状态 线程有一个名为Detach state的属性,称为“分离状态”,该属性决定线程的行为结束后将采取什么样的方式释放自己所占用的资源
默认属性中的分离状态为PTHREAD_CREATE_JOINABLE,即“结合状态”
此状态下的线程结束后不会主动释放资源,而是需要调用pthread_join函数来回收资源
如果将分离状态值调整为PTHREAD_CREATE_DETACHED,则为“分离状态”,此状态下的线程结束后能够自动释放自己的资源
3.线程的作用域 线程的作用域属性Scope将决定目标线程将与哪些线程竞争CPU资源
该属性可以设置为两个值:PTHREAD_SCOPE_SYSTEM或PTHREAD_SCOPE_PROCESS,分别代表“此线程与系统内所有线程竞争资源”或“此线程仅与所属线程中的其他线程竞争资源”
4.其他属性 线程的其他属性还包括警戒缓冲区大小(Guard size)、栈地址(Stack address)和栈大小(Stack size)等
警戒缓冲区用于在线程栈溢出时保护其他数据,栈地址和栈大小则决定了线程使用的内存空间
三、默认线程的应用 默认线程属性在大多数情况下已经能够满足开发需求,但在某些特定场景下,可能需要对线程属性进行修改以优化程序性能
以下是一些常见的应用场景: 1.高并发场景 在高并发场景下,为了提高程序的响应速度和吞吐量,可能需要将线程的调度策略修改为实时调度策略,并设置较高的优先级
这样可以确保关键任务能够及时得到处理,提高系统的整体性能
2.资源受限场景 在资源受限的场景下,如嵌入式系统或移动设备中,可能需要通过调整线程的栈大小来降低内存使用
这可以通过设置线程的栈地址和栈大小属性来实现
3.线程管理 在线程管理中,可能需要通过修改线程的分离状态来简化资源管理
例如,对于一些临时性或辅助性的线程,可以将其设置为分离状态,以便在线程结束后自动释放资源,避免资源泄露
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