C语言线程和进程

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当启动一个程序时,操作系统创建一个进程,并在该进程中执行程序。一个进程包括一个或多个线程。每个线程又是一个局部进程,它以独立于其他局部进程的方式执行一个命令序列。

当进程启动时,它的主线程则成为活动线程。这时,任何正在运行的线程都可以启动其他线程。当进程终止时,例如,通过在 main()函数中执行一个 return 语句或通过调用 exit()函数,所有已开启但还未结束的线程都会被终止。

系统调度器为所有可运行的线程平均分配可用的 CPU 时间。通常,调度器是抢占式的:它会中断正在执行的线程,给中央处理单元(CPU)留出可用的短暂时间,并将 CPU 分配给其他线程使用一段时间。

这种调度的结果是:即使是在单处理系统上,在用户面前运行的线程看上去像是在同时执行,实际上,只有在多处理器系统中,几个线程才可能真正地同时执行。

每一个进程在内存中都有自己的地址空间,并拥有独占的资源,例如,打开的文件。一个进程中的所有线程都继承该进程的资源。最具有意义的是,在一个进程中的几个线程共享一个地址空间。这使得在一个进程中的任务切换比在不同进程间的任务切换要简单得多。

然而,为了在不同线程间切换任务,每个线程也拥有自己的资源:包括栈存储器和 CPU 寄存器。这些资源允许每个线程在不受其他线程干扰的条件下,处理自身的本地数据。此外,一个线程也可以具有线程专用的永久内存。

对于一个给定进程,由于它内部的所有线程均使用相同的地址空间,所以它们共享全局数据与静态数据。然而,这也意味着,同一个进程中的两个不同线程可以同时访问同一个内存单元。这种情况在 C 标准中被称为数据竞争(data race),或者通常称之为竞态条件(race condition)

为了防止在共享数据时出现冲突,当这些不同线程使用内存中相同位置时,程序员必须明确地同步这些不同线程的写操作或读写操作。