python 線程

一般來說，正如我們所知，線是一種非常薄的扭曲線，通常是棉或絲織物，用于縫制衣服等。同一術語線程也用于計算機編程領域。現在，我們如何將用于縫制衣服的線程與用于計算機編程的線程聯系起來？這兩個線程執行的角色類似。在衣服中，線將布料保持在一起，在另一側，在計算機編程中，線程保持計算機程序并允許程序一次執行順序動作或許多動作。

線程 是操作系統中最小的執行單元。它本身不是一個程序，而是在一個程序中運行。換句話說，線程不是彼此獨立的，而是與其他線程共享代碼段，數據段等。這些線程也稱為輕量級進程。

線程狀態

為了深入理解線程的功能，我們需要了解線程的生命周期或不同的線程狀態。通常，線程可以以五種不同的狀態存在。不同的州顯示如下 -

新線程

新線程在新狀態下開始其生命周期。但是，在這個階段，它還沒有開始，也沒有分配任何資源。我們可以說它只是一個對象的實例。

可運行

當新生的線程啟動時，線程變為可運行，即等待運行。在此狀態下，它具有所有資源但仍未安排任務計劃程序運行。

運行

在此狀態下，線程進行并執行任務，任務調度程序選擇該任務來運行?，F在，線程可以進入死狀態或非可運行/等待狀態。

非運行/待機

在此狀態下，線程暫停，因為它正在等待某些i / o請求的響應或等待其他線程的執行完成。

死鎖

可運行線程在完成任務或以其他方式終止時進入終止狀態。

下圖顯示了線程的完整生命周期 -

線程類型

在本節中，我們將看到不同類型的線程。類型如下所述 -

用戶級線程

這些是用戶管理的線程。

在這種情況下，線程管理內核不知道線程的存在。線程庫包含用于創建和銷毀線程的代碼，用于在線程之間傳遞消息和數據，用于調度線程執行以及用于保存和恢復線程上下文的代碼。應用程序以單個線程開始。

用戶級線程的示例是 -

• java線程
• posix線程

用戶級線程的優點

以下是用戶級線程的不同優點 -

• 線程切換不需要內核模式權限。
• 用戶級線程可以在任何操作系統上運行。
• 調度可以是用戶級線程中的特定于應用程序。
• 用戶級線程可以快速創建和管理。

用戶級線程的缺點

以下是用戶級線程的不同缺點 -

• 在典型的操作系統中，大多數系統調用都是阻塞的。
• 多線程應用程序無法利用多處理。

內核級線程

操作系統托管線程作用于內核，內核是操作系統核心。

在這種情況下，內核進行線程管理。應用程序區域中沒有線程管理代碼。內核線程由操作系統直接支持。任何應用程序都可以編程為多線程。應用程序中的所有線程都在單個進程中受支持。

內核維護整個流程和流程中各個線程的上下文信息。內核調度是基于線程完成的。內核在內核空間中執行線程創建，調度和管理。內核線程的創建和管理速度通常比用戶線程慢。內核級線程的示例是windows，solaris。

內核級線程的優點

以下是內核級線程的不同優點 -

• 內核可以在多個進程上同時調度來自同一進程的多個線程。

• 如果進程中的一個線程被阻塞，則內核可以調度同一進程的另一個線程。

• 內核例程本身可以是多線程的。

內核級線程的缺點

• 內核線程的創建和管理速度通常比用戶線程慢。

• 在同一進程中將控制從一個線程轉移到另一個線程需要模式切換到內核。

線程控制塊 - tcb

線程控制塊（tcb）可以定義為操作系統內核中主要包含線程信息的數據結構。存儲在tcb中的特定于線程的信息將突出顯示有關每個進程的一些重要信息。

考慮以下與tcb中包含的線程相關的要點 -

• 線程標識 - 它是分配給每個新線程的唯一線程標識（tid）。

• 線程狀態 - 它包含與 線程 的狀態（running，runnable，non-running，dead）相關的信息。

• 程序計數器（pc） - 它指向線程的當前程序指令。

• 寄存器組 - 它包含分配給它們的線程寄存器值以進行計算。

• 堆棧指針 - 它指向進程中線程的堆棧。 它包含線程范圍內的局部變量。

• 指向pcb 的指針 - 它包含指向創建該線程的進程的指針。

進程和線程之間的關系

在多線程中，進程和線程是兩個非常密切相關的術語，它們具有相同的目標，使計算機能夠一次完成多個任務。進程可以包含一個或多個線程，但相反，線程不能包含進程。但是，它們仍然是兩個基本的執行單位。一個程序，執行一系列指令，啟動進程和線程。

下表顯示了進程和線程之間的比較 -

多線程的概念

正如我們之前所討論的那樣，多線程是cpu通過并發執行多個線程來管理操作系統使用的能力。多線程的主要思想是通過將進程劃分為多個線程來實現并行性。以更簡單的方式，我們可以說多線程是通過使用線程概念實現多任務處理的方式。

在以下示例的幫助下，可以理解多線程的概念。

例

假設我們正在運行一個進程。這個過程可能是為了寫一些東西而打開ms字。在這樣的過程中，將分配一個線程來打開ms字，并且需要另一個線程來寫?，F在，假設我們想要編輯某些內容，則需要另一個線程來執行編輯任務，依此類推。

下圖幫助我們了解內存中存在多個線程 -

我們可以在上面的圖中看到，在一個進程中可以存在多個線程，其中每個線程都包含自己的寄存器集和局部變量。除此之外，進程中的所有線程共享全局變量。

多線程的優點

現在讓我們看一下多線程的一些優點。優點如下

• 通信速度 - 多線程提高了計算速度，因為每個核心或處理器同時處理單獨的線程。

• 程序保持響應 - 它允許程序保持響應，因為一個線程等待輸入而另一個線程同時運行gui。

• 訪問全局變量 - 在多線程中，特定進程的所有線程都可以訪問全局變量，如果全局變量有任何變化，那么其他線程也可以看到它。

• 資源利用 - 在每個程序中運行多個線程可以更好地利用cpu，并且cpu的空閑時間變得更少。

• 共享數據 - 每個線程不需要額外的空間，因為程序中的線程可以共享相同的數據。

多線程的缺點

現在讓我們看一下多線程的一些缺點。缺點如下

• 不適用于單處理器系統 - 與多處理器系統的性能相比，多線程發現難以在單處理器系統上實現計算速度方面的性能。

• 安全問題 - 我們知道程序中的所有線程共享相同的數據，因此始終存在安全問題，因為任何未知線程都可以更改數據。

• 復雜性增加 - 多線程可能會增加程序的復雜性，并且調試變得困難。

• 導致死鎖狀態 - 多線程可能導致程序達到死鎖狀態的潛在風險。

• 需要同步 - 需要 同步以避免互斥。這會導致更多內存和cpu利用率。