UNIX(多线程)：25---当前进程的线程哪些数据共享哪些是私有的

线程是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈)，但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源.

一个线程可以创建和撤销另一个线程;

同一个进程中的多个线程之间可以并发执行.

进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而该进程的多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。 每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。

在很多现代操作系统中，一个进程的（虚）地址空间大小为4G，分为系统（内核？）空间和用户空间两部分，系统空间为所有进程共享，而用户空间是独立的，一般WINDOWS进程的用户空间为2G。

一个进程中的所有线程共享该进程的地址空间，但它们有各自独立的（/私有的）栈(stack)，Windows线程的缺省堆栈大小为1M。堆(heap)的分配与栈有所不同，一般是一个进程有一个C运行时堆，这个堆为本进程中所有线程共享，windows进程还有所谓进程默认堆，用户也可以创建自己的堆。 用操作系统术语，线程切换的时候实际上切换的是一个可以称之为线程控制块的结构（TCB?）,里面保存所有将来用于恢复线程环境必须的信息，包括所有必须保存的寄存器集，线程的状态等。

堆：　是大家共有的空间，分全局堆和局部堆。全局堆就是所有没有分配的空间，局部堆就是用户分配的空间。堆在操作系统对进程初始化的时候分配，运行过程中也可以向系统要额外的堆，但是记得用完了要还给操作系统，要不然就是内存泄漏。

栈：是个线程独有的，保存其运行状态和局部自动变量的。栈在线程开始的时候初始化，每个线程的栈互相独立，因此，栈是　thread safe的。操作系统在切换线程的时候会自动的切换栈，就是切换　ＳＳ／ＥＳＰ寄存器。栈空间不需要在高级语言里面显式的分配和释放。

线程管理：

将线程共有的信息存放在进程控制块中，将线程独有的信息存放在线程控制块中。

那么如何区分哪些信息是共享的？哪些信息是独享的呢？

一般的评价标准是：如果某些资源不独享会导致线程运行错误，则该资源就由每个线程独享，而其他资源都由进程里面的所有线程共享。

一般情况下进程共享资源与独享资源的划分

那么对于进程及线程的实现做如何解释呢？

首先应该明白进程的调度，创建等实质上都是由操作系统实现的，所以说进程的实现只能由操作系统内核来实现，而不存在用户态实现的情况。但是对于线程就不同了，线程的管理者可以是用户也可以是操作系统本身，线程是进程内部的东西，当然存在由进程直接管理线程的可能性。因此线程的实现就应该分为内核态线程实现和用户态线程实现。

内核态线程实现：

线程是进程的不同执行序列，也就是说线程是独立运行的基本单位，也是CPU调度的基本单位。

那么操作系统是如何实现管理线程的呢？

首先操作系统向管理进程一样，应该保持维护线程的所有资源，将线程控制块存放在操作系统的内核空间中。那么此时操作系统就同时掌管进程控制块和线程控制块。

操作系统管理线程的好处是：

1.用户编程简单；

2.如果一个线程执行阻塞操作，操作系统可以从容的调度另外一个线程的执行。

内核线程的实现缺点是：

1.效率低，因为线程在内核态实现，每次线程切换都需要陷入到内核，由操作系统来调度，而有用户态切换到内核态是要话费很多时间的，另外内核态实现会占用内核稀有的资源，因为操作系统要维护线程列表，操作系统所占内核空间一旦装载后就无法动态改变，并且线程的数量远远大于进程的数量，随着线程数的增加内核将耗尽；

2.内核态的实现需要修改操作系统，这个是谁都不想要做的事情；

那么用户态是如何实现管理线程的呢？

用户态管理线程就是用户自己做线程的切换，自己管理线程的信息，操作系统无需知道线程的存在。

在用户态下进行线程的管理需要用户创建一个调度线程。一个线程在执行完一段时间后主动把资源释放给其他线程使用，而在内核台下则无需如此，因为操作系统可通过周期性的时钟中断把控制权夺过来，在用户态实现情况下，执行系统的调度器也是线程，没有能力夺取控制权。

用户态实现有什么优点？

首先是灵活，因为操作系统不用知道线程的存在，所以任何操作系统上都能应用；

其次，线程切换快，因为切换在用户态进行，无需陷入带内核态；

再次，不用修改操作系统实现容易。

用户态实现的缺点呢？

首先编程起来很诡异，由于在用户台下各个进程间需要相互合作才能正常运转。那么在编程时必须考虑什么情况下让出CPU，让其他的线程运行，而让出时机的选择对线程的效率和可靠性有很大影响，这个并不容易做到；

其次，用户态线程实现无法完全达到线程提出所要达到的目的：进程级多道编程；，如果在执行过程中一个线程受阻，它将无法将控制权交出来，这样整个进程都无法推进。操作系统随即把CPU控制权交给另外一个进程。这样，一个线程受阻造成整个进程受阻，我们期望的通过线程对进程实施分身的计划就失败了。这是用户态线程致命的缺点。

调度器激活：线程阻塞后，CPU控制权交给了操作系统，要激活受阻进程的线程，唯一的办法就是让操作系统在进程切换时先不切换，而是通知受阻的进程执行系统（即调用执行系统），并问其是否还有别的线程可以执行。如果有，将CPU控制权交给该受阻进程的执行系统线程，从而调度另一个可以执行的线程到CPU上。一个进程挂起后，操作系统并不立即切换到别的进程上，而是给该进程二次机会，让其继续执行。如果该进程只有一个线程，或者其所有线程都已经阻塞，则控制权将再次返回给操作系统。而现在，操作系统就会切换到其他线程了。

现在操作系统的线程实现模型：

鉴于用户态与内核态都存在缺陷，现代操作将两者结合起来。用户态的执行负责进程内部线程在非阻塞时的切换；内核态的操作系统负责阻塞线程的切换，即我们同时实现内核态和用户态线程管理。每个内核态线程可以服务一个或者更多个用户态线程。

线程从用户态切换到内核态：

什么情况下会造成线程从用户态到内核态的切换呢？

首先，如果在程序运行过程中发生中断或者异常，系统将自动切换到内核态来运行中断或异常处理机制。

此外，程序进行系统调用也会从用户态切换到内核态。