并行思维（三）

并行思维（三）2011-06-23 博客园 Angel Lucifer线程是什么玩意

对于并行程序设计来说，线程的重要性不言而喻。

现代操作系统是典型的基于抢占式调度机制的多任务操作系统。

所谓多任务，指同一时刻，允许操作系统内有多个应用程序运行。比如，我们可以在同一时刻，一边收听音乐，一边浏览网页。当然，计算机能做到的远不止于此。

所谓抢占式调度机制，指在操作系统强制让另外的应用程序运行之前，正在运行的应用程序究竟可以占用 CPU 多少时间。这正是为什么我们感觉多个应用程序同时运行的真正原因，即使在单核处理器上。举例来说，Windows 操作系统任务调度的时间间隔大约在 20 毫秒左右（注：这个极短的时间，人眼无法感知，而人眼又欺骗了大脑，我们就感觉有多个程序在同时运行。实践所知，人眼能感知的最小时间大概是 100 毫秒。因此，Windows Client UI 开发人员应当注意，千万不要让你的程序界面响应大于 100 毫秒。假如大于此数，客户就会感到界面顿卡，带来槽糕的用户体验。Web UI 可以适当放宽界限。但无论怎样，快速的响应策略应当成为实现良好用户体验的首选）。

每个正在运行的应用程序实例都是一个进程。进程通常相对独立于其他进程运行。尤其是程序所使用的内存资源。举个例子，浏览器一般都不能直接访问音乐播放器的内存资源。如果有这个需求，则需要通过其他手段来达到该目的。比如文件映射，IPC，Socket 等机制。当然，这些机制通常比直接访问内存资源花费的时间要多。

拿最广泛应用的 Windows 操作系统而言，从软件开发人员的角度来看，进程其实就是个计算机资源集合。它是 Windows 操作系统分配和使用系统资源的基本单位。

Windows 进程均包含以下资源：

一个或多个线程。Linux 操作系统早期使用进程来模拟线程。

一个虚拟地址空间，该空间独立于其他进程地址空间。当然显式共享的内存除外。请注意文件映射共享物理内存，但共享进程使用不同的虚拟地址来访问这些映射文件。

一个或多个代码段，包括 DLL 中的代码。

一个或多个包含全局变量的数据段。

环境字符串，包含环境变量信息。

进程堆。

其他资源，比如打开的句柄和其他的堆。

而进程的每个线程则共享代码，全局变量，环境字符串等资源。每个线程都独立进行调度，是最基本的可执行单元，并包含以下资源：

为过程调用、中断、异常处理器和自动存储建立的堆栈。

线程本地存储（TLS），这是个指针数组，可以让线程分配存储以创建其特有的数据环境。

堆栈参数，在创建线程时生成，对每个线程来说通常唯一。

上下文结构，由系统内核通过机器注册表值来维护。

对于 .NET 开发人员来说，情况又有些不同。CLR 保留了与 Windows 线程分离的权利，而且在某些寄宿情形中，CLR 线程并没有与 Windows 线程准确匹配。比如，宿主可以告诉 CLR 将每个 CLR 线程表示为一个 Windows 纤程（Fiber）（注：纤程是轻量级的线程。Windows 对纤程一无所知）。

图 1 展示了一个拥有多线程的 Windows 进程。注意，该图只是示意图，没有展示实际内存地址，也没有按照比例绘制。

图 1 Windows 进程示意图