进程内多线程共享与独占资源
在操作系统中，进程是资源分配的基本单位，而线程是CPU调度的基本单位。一个进程可以包含多个线程，这些线程在执行时，会共享进程所拥有的资源，同时也会有一些资源是线程独占的。
一、共享资源
进程地址空间：
进程内的所有线程共享同一进程地址空间，这意味着它们可以访问进程中的全局变量、静态变量以及堆和栈区域（虽然每个线程有自己的栈，但栈区域是线程特有的部分，而堆区域是共享的）。
文件描述符表：
线程可以共享进程打开的文件描述符表，这使得多个线程可以同时读写同一个文件。
信号处理程序：
进程级的信号处理程序对于所有线程都是可见的，虽然每个线程可以设置自己的线程特定信号处理掩码。
进程控制信息：
线程共享进程的控制信息，如进程ID、父进程ID、进程组ID、会话ID等。
某些I/O缓存：
某些I/O操作（如标准输入输出）的缓存可能是由进程内所有线程共享的。
二、独占资源
线程栈：
每个线程都有自己独立的栈空间，用于存储局部变量、函数调用信息以及返回地址等。
线程控制块（TCB）：
每个线程都有一个唯一的线程控制块，它包含了线程的调度信息、状态信息、优先级、上下文信息等。
寄存器：
虽然物理寄存器是共享的，但每个线程在执行时，都会有自己的逻辑寄存器状态，这是通过线程上下文切换来实现的。
错误码：
每个线程都有自己独立的错误码，用于记录线程执行过程中遇到的错误。
信号掩码：
每个线程可以设置自己的信号掩码，以控制哪些信号可以被该线程接收。
三、代码举例
以下是一个使用C语言和POSIX线程（pthread）库编写的简单示例，用于展示进程内多线程共享和独占资源的情况。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
// 共享的全局变量
int shared_global_var = 0;
// 线程函数
void* thread_func(void* arg) {
int thread_num = *(int*)arg;
// 访问共享的全局变量
printf("Thread %d: Before increment, shared_global_var = %d\n", thread_num, shared_global_var);
// 对共享的全局变量进行操作（模拟临界区）
pthread_mutex_t* mutex = (pthread_mutex_t*)malloc(sizeof(pthread_mutex_t));
pthread_mutex_init(mutex, NULL);
pthread_mutex_lock(mutex);
shared_global_var++;
pthread_mutex_unlock(mutex);
free(mutex); // 注意：这里只是为了示例，实际使用中应该避免这样频繁地分配和释放互斥锁
printf("Thread %d: After increment, shared_global_var = %d\n", thread_num, shared_global_var);
// 每个线程有自己的线程号和栈空间（虽然栈空间在代码中不可见，但它是实际存在的）
printf("Thread %d: Unique thread ID = %lu\n", thread_num, pthread_self());
// 线程可以访问自己的局部变量（不共享）
int local_var = thread_num * 10;
printf("Thread %d: Local variable = %d\n", thread_num, local_var);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t threads[2];
int thread_nums[2] = {1, 2};
// 创建两个线程
for (int i = 0; i < 2; i++) {
pthread_create(&threads[i], NULL, thread_func, &thread_nums[i]);
}
// 等待两个线程完成
for (int i = 0; i < 2; i++) {
pthread_join(threads[i], NULL);
}
printf("Main thread: Final value of shared_global_var = %d\n", shared_global_var);
return 0;
}
在这个示例中，我们创建了两个线程，它们共享一个全局变量shared_global_var。每个线程都有自己的线程号和栈空间（虽然栈空间在代码中不可见，但它是实际存在的，并且由操作系统管理）。线程函数内，我们还展示了线程如何操作共享的全局变量，并如何访问自己的局部变量（这些局部变量是不共享的）。
需要注意的是，在实际的多线程编程中，对共享资源的访问需要进行同步控制，以避免竞态条件和数据不一致的问题。在上面的示例中，我们使用了互斥锁（pthread_mutex_t）来对共享的全局变量进行保护，但示例中的互斥锁分配和释放方式仅用于教学目的，并不推荐在实际应用中使用。在实际应用中，应该使用线程池或全局的互斥锁对象来管理对共享资源的访问。
