线程的概念以及为什么要引入线程

1.线程

线程是轻量级的进程，在一个进程内部可以存在一个或多个线程，进程与进程之间是不能共享内存的，进程之间的消息通信不方便，但是一个进程内部的线程之间是共享这个进程的内存空间的，线程之间通信很方便。

2.为什么要引入线程

如以上讲的，线程之间共享内存。比如，一个文字输入软件，其内部可以有三个线程，一个用来响应鼠标、键盘的交互线程，一个用来运算，另一个用来备份。因为进程之间不共享内存，所以不能用多个进程来实现这时就用多线程可以解决。线程之间共享内存，所以从一个线程切换到另一个线程不需要陷入内核，也不需要切换上下文，线程之间的切换比进程切换快捷。

3.线程的状态

线程和传统的进程一样，存在就绪、运行、阻塞、终止状态。

4.线程的堆栈

线程共用进程的内存空间，但是拥有自己的堆栈，在线程堆栈中有一帧，这个栈帧用来存储局部变量和返回地址，用来供线程之间的相互调用时使用。

5.线程的创建

线程可以调用库函数thread_create来创建一个新的线程，新线程和该线程共享内存空间，有自己独立的堆栈，线程之间不存在层次关系（父子关系），所有线程都是平等的，新线程会返回给调用的线程一个线程ID。

6.线程的退出

调用系统函数thread_exit使线程退出，调用之后线程消失，无法再调度。

7.等待线程的退出

可以调用系统函数thread_join函数等待指定线程退出之后，再运行。

8.线程放弃CPU的使用

线程和进程不一样，线程没有时间片的强制机制使一个线程放弃CPU的使用，让给另一个线程，要灵活使用系统函数thread_yield来使线程放弃对CPU的使用，从而让给另外的线程。

9.用户级线程和内核级线程

与进程相似，线程也有管理线程的线程表，线程分为用户线程和内核线程，用户线程的线程表保存在进程的存储空间里，内核线程的线程表保存在内核中。对于用户级线程来说，实现线程之间的切换不需要陷入内核，可以直接切换，但是用户级线程存在一些问题，比如只有当前运行的线程主动放弃CPU才能切换到另一个线程，没有时间片等强制措施，而内核线程的线程表存储在内核中，线程切换需要内核来管理，所以可以强制切换。另外内核线程的有一个问题，对于线程的创建和销毁，如果每次创建都要在内核中创建线程表，销毁时重置内存表，这样的代价太大。主要的做法就是，当某个线程销毁时将其标志为不可运行，但是，内核数据结构没有改变，需要创建新线程时直接重启某个旧的线程，这样的方法称为线程回收。用户级线程也可以使用线程回收，但是没有必要，因为其线程的创建和销毁不涉及内核。

大家好，之前的博文我们介绍过进程和线程的概念，那么本文我们重点来讲讲为什么要引入线程的概念、线程的属性以及线程机制在操作系统里是如何实现的。
最开始的操作系统，只有进程的概念，还没有线程一说，因为进程概念的出现，应用程序已经可以并发执行了。
最简单的举一个Web服务器的例子，来方便大家理解，比如一个Web服务器，其功能就是从客户端接受网页请求，然后从磁盘上检索相关网页读入内存，最后返回给对应的客户端。但是每次去磁盘中查询网页，进程就会进入等待态，这样就会影响效率，提高服务器效率的办法是在服务器内存中开辟一块空间作为缓存，保存经常被查找的网页，这样如果用户发来请求就先去缓存里查找，如果没有的话再去磁盘里查找。
接着上面的例子，如果没有线程，那么Web服务器只有一个服务进程，因为如果创建多个服务进程的话，开辟两个进程，一个进程用于进行网页的查询，另一个进程用于接收前端传来的信息，由于进程间不能共享信息，那么还需要进行进程间的通信并且还需要判断是哪个客户端的请求，这样资源浪费严重并且效率低下，所以Web服务器理想应该是一个进程，然而一个服务进程面临的问题就是它只能是顺序执行的，如果该进程正在缓存里查找网页，那么就没法接收前端发来的请求，导致服务器性能难以提升。
然而引入了线程以后，问题就变的简单多了，如下为一个Web服务器的进程。

如上图所示，进程把线程分为了两类，一类是分派线程，一类是工作线程，分派线程的作用只负责监听客户端，出现请求就把请求读入，然后把查询的工作交给工作线程，工作线程把网页返回给客户端，由于线程间可以共享资源，这样就大大提高了系统工作的效率。
我们从两个方面来分析，一个是开销方面，一个是性能方面。
另外从进程与线程的区别可以看出，使用线程的好处之一在于可以节省开销，进程占用资源多，进程的创建和互相间通信都需要调用内核，时间/空间开销大，而线程的创建和转换只需要几条指令就行了不需要调用内核，并且线程一般不分配内存资源而且统一进程内的线程间可以分享内存和文件，这样线程的时间/空间开销都远远小于只有进程的情况，因此我们需要引入线程。
最后，从性能的角度来分析，如果一个进程有多个线程，并且CPU是多核的，那么这些线程便可以同时放入不同的计算引擎（内核）中进行计算，大大提高了软件运行速度，有利于并发性的提升。