c++ 等待子线程结束

1.进程的基本概念

进程简单说就是运行中的可执行文件。代码经过编译后生成二进制可执行文件，当运行该可执行文件时，代码被装载到内存中，然后CPU会执行程序中的指令。

有关进程调度，例如进程A，进程B，CPU不需要阻塞等待进程A数据的返回，而是去执行进程B。当进程A数据返回时，CPU会收到一个中断，然后CPU继续运行A进程，即多个进程交替进行。

1.1.进程的并发和并行有什么区别？

如下图所示，并发是进程交替运行，而并行则是两个进程同时运行。

1.2.进程的状态

运行状态：当前占用CPU；

就绪状态：可以运行，但是当前CPU正在运行其它进程而暂停；

阻塞状态：正在等待某一事件，而暂时停止运行。

1.3.进程的控制结构

操作系统使用进程控制结构PCB(process control block)数据结构来描述进程，PCB是进程存在的唯一标识，随着进程消失，相应的PCB信息也将消失。

那么PCB是如何组织的呢？一种方式是链表，把具有相同状态的进程链在一起，组成各种队列，如就绪队列，阻塞队列等；另外一种方式是索引，将同一状态的进程组织在一个索引表中，索引表项指向相应的PCB,不同状态对应不同的索引表。进程创建、销毁等调度导致的进程状态会变化，由于链表较索引更灵活处理插入和删除，所以一般选链表。

1.4.进程的控制

a) 进程创建

一个进程可以创建多个进程，子进程可以继承父进程所拥有的资源，当子进程被终止时，其在父进程处继承的资源均还给父进程，当父进程终止时，子进程也会同时终止。进程创建时，会分配一个唯一的进程标识号，并申请并初始化一个PCB，然后根据进程的调度队列，将新进程插入到相应的队列，等待被调度运行。

b) 进程的终止

进程的终止方式可以分为正常结束、异常结束、外界干预(调用kill命令)。终止进程过程：

首先查找要终止的进程PCB;

如果处于执行状态，立即终止该进程包括所有子进程的执行，然后将CPU资源分配给其它进程；

将其从PCB所在的队列中删除；

1.5.进程的上下文切换

进程是共享CPU资源的，根据资源调度的需要，进程之间会进行切换，即进程的上下文切换。CPU根据寄存器和程序计数器，来确定任务从哪儿加载以及从哪儿开始运行。CPU寄存器是一个容量小，速度快的内存；程序计数器是用来存储CPU正在执行或者即将执行的指令位置。CPU寄存器和程序计数器构成了CPU上下文。CPU上下文切换就是把前一个任务的CPU上下文保存起来，然后加载新任务的上下文到CPU寄存器和程序计数器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置，运行新任务。系统内核会保存上下文信息，当此任务再次被分配给CPU运行时，CPU会重新加载该上下文。

进程的上下文切换包括用户空间资源如虚拟内存、栈、全局变量等，以及内核的堆栈、寄存器等内核空间的资源。通常会把交换的信息保存在进程的PCB，当运行另外一个进程的时候，从该进程的PCB取出上下文，然后恢复到CPU中，使得这个进程可以继续执行。如下图所示：

上下文切换包含以下部分：

a)CPU时间被划分为一段段的时间片，这些时间片被轮流分配给各个进程，当某个进程的时间片耗尽后，就会被系统挂起，切换到其它正在等待的进程运行；

b)当进程通过sleep函数主动将自己挂起时，CPU也会重新调度；

c)当有优先级更高的进程运行时，当前低优先级的进程会被挂起，从而先运行高优先级的进程；

d)当发生硬件中断时，CPU的进程会被中断挂起，然后执行内核中的中断服务程序。

2.线程

早期进程为独立运行的基本单位，由于进程之间通信、共享数据、维护等开销较大，特别是进程创建时，分配资源、建立PCB；终止进程时，回收资源，撤销PCB；进程切换时，保存当前进程的状态信息等。所以后面引入了更小且独立运行的基本单位线程。线程是进程中的一条执行流程，具有如下特点：

a)实体之间可以并发运行

b)实体之间可以共享相同的地址空间

c)如果进程中的一个线程崩了，会导致整个进程的线程崩掉；

d)进程是资源分配的基本单位，线程是CPU调度的基本单位，线程只独享寄存器和栈；

e)线程与进程的基本状态相同，同样具有状态之间的转换关系；

f)线程能降低并发执行的时间和空间开销，如线程创建和终止时间快，线程切换快，线程间的数据交换快；

同一个进程内，多个线程之间可以共享代码段、数据段、打开的文件等资源，但每个线程都有独立一套寄存器和栈，这样可以确保线程的控制流是相对独立的。

操作系统的任务调度的对象就是线程，而进程只是给线程提供了虚拟内存、全局变量等资源。当进程只有一个线程时，进程就是线程；当进程包含多个线程时，线程会共享相同的虚拟内存和全局变量资源。线程也有自己独立的数据，比如栈和寄存器等，当上下文切换时需要保存的。

线程上下文切换是发生在同一个进程中的不同线程，切换的是属于线程独立的数据，如寄存器、私有数据等；

线程的实现方式，包含以下三种：

a)用户线程，在用户空间实现的线程，是由用户态的线程库来完成线程管理；每个进程都有线程控制块TCB列表，用来跟踪记录线程状态信息

b)内核线程，在内核中实现的线程，是由操作系统管理，

c)轻量级进程，在内核中来支持用户线程；

内核线程和用户线程存在一定的对应关系，

a) 多个用户线程对应一个内核线程；

b) 一个用户线程对应到一个内核线程；

c) 多个用户线程对应到多个内核线程；

综上，简单总结了部分进程和线程的相关知识。