一个CPU处理器是否总是至少有一个线程？

Question

我知道线程用于多任务处理，而且它们非常轻量级。

假设我需要一个没有任何多任务处理的进程。如果我只创建一个进程，CPU会将一个单独的线程与该进程关联，还是会执行该进程而不需要线程的存在？

- Harish

Answer 1

这取决于你所谈论的操作系统，但对于许多操作系统来说，创建进程的过程包括创建一个线程。

然后，该线程可以自由地创建属于该进程的其他线程。

谈论没有线程的进程几乎没有意义，因为这意味着该进程没有正在运行的代码，因此它无法做任何有用的事情。而且，如果你希望进程能够执行任何有用的工作，它将无法创建该进程的第一个线程。 :-)

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举个例子，在Linux内核中，创建进程与创建新线程的方式略有不同。这是因为内核调度的是线程，而不是进程。

现在，进程被视为具有相同线程组ID（TGID）的线程组，而该TGID是为该进程创建的第一个线程的线程ID（TID）。

当你使用fork、vfork或者clone（不带CLONE_THREAD）时，你会得到一个具有新TID的新线程，而TGID被设置为该TID - 这是一个新进程。

当你使用clone和CLONE_THREAD一起时，你会得到一个具有新TID的新线程，但TGID与克隆者保持相同。这是同一进程中的不同线程。

这就是Linux（以此为例）在不使调度器过于复杂的情况下区分进程和线程的方式。调度器可以选择完全忽略线程组。实际上，这非常聪明。

对于存在于调度器之外的代码来说，具有相同TGID的一组线程被视为一个进程（该代码所看到的进程ID就是该TGID）。

这包括用户空间代码和内核的其他部分，因为例如，线程如何分组到进程中会影响信号传递和退出代码等事项。

- paxdiablo

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好的。那么，即使是执行单个任务，我们也需要一个线程，对吗？如果没有线程，仅使用进程执行单个任务（而不是多个任务）是不可能的。对吗？ - Harish

@Harish，是的，必须有“某些东西”在运行。可能会有一些操作系统区分可运行的进程和可运行的线程，但我从未见过除了用户模式线程（其中线程根本不是由操作系统完成）之外的情况。通常，一个进程有一个或多个线程。 - paxdiablo

@paxdiablo，我对这部分有些疑问：“如果愿意，调度程序可以完全忽略线程组。” 我的印象是由于上下文切换（准确地说是保存状态），调度程序实际上无法忽略线程组。您能否再详细解释一下？ - MK_Dev

@MK_Dev，上下文切换是发生在线程而不是线程组中的事情。调度程序只调度前者，并不需要担心线程可能属于哪个组。 - paxdiablo

@paxdiablo，谢谢，我明白了。从不同的线程组切换线程时，会有更多的性能损失，因为需要保留和恢复更多的状态吗？我的理解是，因为同一组中的线程共享内存，所以切换这些线程的成本会更低，因为只需要保留特定于特定线程的状态。 - MK_Dev

@MK，内存本身通常不是被切换的事情之一。但是内存句柄可能会被切换，这并不会增加太多开销，甚至可以为同一组中的线程执行此操作（我需要检查一下）。 - paxdiablo

Answer 2

一个进程就是一个线程。

当一个进程开始时，它会有一个单一的线程。

在多线程出现之前，线程这个术语是不必要的，因为一个进程不能有超过一个线程。

现在，你可以创建额外的线程，因此可以拥有具有多个线程的进程。

一个进程也是其他许多东西的集合 - 内存、堆栈等；其中之一就是线程。这些线程共享进程中的某些东西（例如内存），但具有自己的其他实例（例如堆栈）。

- user82238