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???🔥專欄系列：線性代數(shù)，C初學(xué)者入門訓(xùn)練，題解C，C的使用文章，「初學(xué)」C++，linux

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目錄

線程

線程的概念

linux并不存在真正意義上的線程，而是利用進(jìn)程的資源模擬實(shí)現(xiàn)線程的

ps -aL

CPU 的局部性原理

cache:高速緩存

線程

線程的概念

線程是比進(jìn)程更加輕量化的執(zhí)行流/線程是在進(jìn)程內(nèi)部執(zhí)行的一種執(zhí)行流

在 Linux 中，線程是指在同一進(jìn)程內(nèi)并發(fā)執(zhí)行的輕量級(jí)執(zhí)行單元。與進(jìn)程不同的是，線程共享相同的地址空間和其他資源，包括文件描述符、信號(hào)處理和狀態(tài)信息。每個(gè)線程都有自己的棧，但它們共享數(shù)據(jù)段、代碼段和其他內(nèi)存部分。這使得線程之間的切換比進(jìn)程之間的切換更加高效。

線程是CPU調(diào)度的基本單位/進(jìn)程是承擔(dān)系統(tǒng)資源的基本實(shí)體

創(chuàng)建一個(gè)線程，只需要?jiǎng)?chuàng)建pcb，不需要?jiǎng)?chuàng)建虛擬地址空間、頁(yè)表等，多個(gè)進(jìn)程pcb指向一個(gè)虛擬地址空間即可

os如果支持線程，也必須管理線程，先描述，再組織，TCB（linux中不會(huì)單獨(dú)設(shè)計(jì)線程TCB，因?yàn)榫€程大多數(shù)東西，都是和PCB差不多，所以只需要復(fù)用即可，windows是單獨(dú)設(shè)計(jì)了一套TCB）

linux并不存在真正意義上的線程，而是利用進(jìn)程的資源模擬實(shí)現(xiàn)線程的

事例

#include<iostream>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>using namespace std;void* threadroutine(void* arg)
{
const char* threadname=(const char*)arg;while(true)
{
cout<<"I am a new thread"<<threadname<<endl;
sleep(1);
}
}int main(){
//這里已經(jīng)有進(jìn)程了
pthread_t tid;pthread_create(&tid,nullptr,threadroutine,(void*)"thread 1");//主線程
while(true)
{
cout<<"I am main thread"<<endl;
sleep(1);
}
return 0;}結(jié)果：
[BCH@hcss-ecs-6176 2_21]$ ./testThread 
I am main thread
I am a new threadthread 1
I am main thread
I am a new threadthread 1
I am main thread
I am a new threadthread 1
I am main thread
I am a new threadthread 1
I am main thread
I am a new threadthread 1[BCH@hcss-ecs-6176 2_21]$ while :; do ps ajx | head -1 && ps ajx | grep testThread | grep -v grep; sleep 1; done PPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND6528  2570  2570  6528 pts/5     2570 Sl+   1000   0:00 ./testThreadPPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND6528  2570  2570  6528 pts/5     2570 Sl+   1000   0:00 ./testThreadPPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND6528  2570  2570  6528 pts/5     2570 Sl+   1000   0:00 ./testThreadPPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND6528  2570  2570  6528 pts/5     2570 Sl+   1000   0:00 ./testThreadPPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND6528  2570  2570  6528 pts/5     2570 Sl+   1000   0:00 ./testThreadPPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND6528  2570  2570  6528 pts/5     2570 Sl+   1000   0:00 ./testThreadPPID   PID  PGID   SID TTY      TPGID STAT   UID   TIME COMMAND從結(jié)果可以知道，主線程和新線程都向屏幕輸出了，并且通過(guò)ps指令檢測(cè)只有一個(gè)進(jìn)程

ps -aL

ps -aL 命令用于顯示系統(tǒng)中所有進(jìn)程的詳細(xì)信息，包括每個(gè)線程的信息。在 ps -aL 命令中，-a 選項(xiàng)表示顯示所有用戶的進(jìn)程，-L 選項(xiàng)表示顯示每個(gè)線程的信息。這樣，執(zhí)行該命令后會(huì)列出系統(tǒng)中所有進(jìn)程及其相關(guān)的線程信息。

事例

[BCH@hcss-ecs-6176 2_21]$ ps -aLPID   LWP TTY          TIME CMD//輕量級(jí)進(jìn)程
11501 11501 pts/5    00:00:00 testThread
11501 11503 pts/5    00:00:00 testThread
11780 11780 pts/1    00:00:00 ps
29191 29191 pts/2    00:00:00 top在pcb中有一個(gè)LWP字段，它和pid類似的

CPU調(diào)度的時(shí)候看的都是LWP

如果進(jìn)程里面只有一個(gè)pcb，那么這個(gè)線程的pid和lwp數(shù)值是一樣的

如果進(jìn)程里面只有多個(gè)pcb，那么這個(gè)主線程的pid和lwp數(shù)值是一樣的，其他線程的pcb和lwp是不一樣的

線程間通信的成本很低，因?yàn)樗麄児蚕淼氖峭环葙Y源，而進(jìn)程間通信的成本就比較高

線程之間切換，不用切換cpu中所有的寄存器

進(jìn)程之間切換，需要切換cpu中所有的寄存器

CPU 的局部性原理

CPU 的局部性原理是指在程序訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)，程序很可能會(huì)重復(fù)訪問(wèn)一組相鄰的內(nèi)存地址，而不是隨機(jī)地訪問(wèn)各個(gè)內(nèi)存地址。這種局部性原理通常分為兩種類型：時(shí)間局部性和空間局部性。

1. 時(shí)間局部性（Temporal Locality）

時(shí)間局部性是指如果一個(gè)數(shù)據(jù)被訪問(wèn)過(guò)一次，那么在不久的將來(lái)它可能會(huì)再次被訪問(wèn)。這意味著程序傾向于重復(fù)使用最近訪問(wèn)過(guò)的數(shù)據(jù)。CPU 利用時(shí)間局部性可以減少?gòu)膬?nèi)存中加載數(shù)據(jù)的次數(shù)，提高程序的性能。

2. 空間局部性（Spatial Locality）

空間局部性是指如果一個(gè)數(shù)據(jù)被訪問(wèn)過(guò)一次，那么與該數(shù)據(jù)相鄰的數(shù)據(jù)也很可能會(huì)在不久的將來(lái)被訪問(wèn)。這意味著程序傾向于訪問(wèn)連續(xù)內(nèi)存地址中的數(shù)據(jù)。CPU 利用空間局部性可以通過(guò)預(yù)取緩存行等技術(shù)來(lái)提前加載相鄰數(shù)據(jù)，減少訪問(wèn)延遲，進(jìn)而提高程序的性能。

cache:高速緩存

緩存的作用是提高 CPU 的性能。CPU 訪問(wèn)主內(nèi)存需要花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，而緩存可以存儲(chǔ) CPU 頻繁訪問(wèn)的指令和數(shù)據(jù)，以便快速地響應(yīng) CPU 的訪問(wèn)請(qǐng)求。當(dāng) CPU 訪問(wèn)主內(nèi)存時(shí)，如果所需數(shù)據(jù)已經(jīng)存儲(chǔ)在緩存中，則可以直接從緩存中獲取數(shù)據(jù)，從而避免了訪問(wèn)主內(nèi)存所需的長(zhǎng)時(shí)間延遲。這種方式稱為緩存命中（cache hit）。

線程間切換，不需要切換cache

線程切換為什么效率高

1.寄存器切換的少

2.cache不需要重新切換

時(shí)間片也要被內(nèi)部的線程瓜分，時(shí)間片也是資源

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