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C語言線程和進程

當啟動一個程序時,操作系統創建一個進程,并在該進程中執行程序。一個進程包括一個或多個線程。每個線程又是一個局部進程,它以獨立于其他局部進程的方式執行一個命令序列。

當進程啟動時,它的主線程則成為活動線程。這時,任何正在運行的線程都可以啟動其他線程。當進程終止時,例如,通過在 main()函數中執行一個 return 語句或通過調用 exit()函數,所有已開啟但還未結束的線程都會被終止。

系統調度器為所有可運行的線程平均分配可用的 CPU 時間。通常,調度器是搶占式的:它會中斷正在執行的線程,給中央處理單元(CPU)留出可用的短暫時間,并將 CPU 分配給其他線程使用一段時間。

這種調度的結果是:即使是在單處理系統上,在用戶面前運行的線程看上去像是在同時執行,實際上,只有在多處理器系統中,幾個線程才可能真正地同時執行。

每一個進程在內存中都有自己的地址空間,并擁有獨占的資源,例如,打開的文件。一個進程中的所有線程都繼承該進程的資源。最具有意義的是,在一個進程中的幾個線程共享一個地址空間。這使得在一個進程中的任務切換比在不同進程間的任務切換要簡單得多。

然而,為了在不同線程間切換任務,每個線程也擁有自己的資源:包括棧存儲器和 CPU 寄存器。這些資源允許每個線程在不受其他線程干擾的條件下,處理自身的本地數據。此外,一個線程也可以具有線程專用的永久內存。

對于一個給定進程,由于它內部的所有線程均使用相同的地址空間,所以它們共享全局數據與靜態數據。然而,這也意味著,同一個進程中的兩個不同線程可以同時訪問同一個內存單元。這種情況在 C 標準中被稱為數據競爭(data race),或者通常稱之為競態條件(race condition)

為了防止在共享數據時出現沖突,當這些不同線程使用內存中相同位置時,程序員必須明確地同步這些不同線程的寫操作或讀寫操作。

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