标签：logs 服务 共享 维护 冻结 包含 决定 逻辑 模式
最近在总结多线程、CLR线程池以及TPL编程实践，重读一遍CLR via C#，比刚上班的时候收获还是很大的。还得要多读书，读好书，同时要多总结，多实践，把技术研究透，使用好。
话不多说，直接上博文吧。先说一下，为什么Windows要支持线程机制？
1. Windows为什么要支持线程
计算机的早期时代，操作系统没有线程的概念，整个系统只运行着一个执行线程，其中包含操作系统代码和应用程序代码。只用一个执行线程的问题在于，长时间运行的任务会阻止其他任务的执行。例如16位Windows的时代，打印文档的应用程序很容易“冻结”整个机器。
Microsoft 在设计Windows NT这个版本的OS内核时，决定在一个进程中运行应用程序的每个实例。进程实际是应用程序的实例要使用的资源的集合。每个进程都被赋予了一个虚拟地址空间，确保一个进程中使用的代码和数据无法由另一个进程访问。这就确保了应用程序实例的健壮性。同时，进程访问不了OS的内核代码和数据；所以，应用程序代码破坏不了操作系统的代码和数据
如果应用程序发生死循环会发生什么？如果机器只有一个CPU，它会执行死循环，不能执行其他任何程序。Microsoft 的解决方案就是线程。作为一个Windows概念，线程的职责是对CPU进行虚拟化。Windows为每个进程都提供了该进程专用的线程（功能相当于一个CPU）。应用程序的代码进行死循环，与代码关联的进程会“冻结”，但其他进程（它们有自己的线程）不会冻结，它们会继续执行。
线程很强大，因为它们使Windows即使在执行长时间运行的任务时，也能随时响应。
但是，和一切虚拟化机制一样，线程有空间（内存消耗）和时间（运行时的执行性能）的开销。
2. 线程开销有哪些？
每个线程都有以下要素组成：
线程内核对象（thread kernel object）：线程的描述属性和线程上下文，上下文是包含CPU寄存器集合内存块。对于x86、x64、ARM CPU架构，线程上下文分别使用约700,1240和350字节的内存。
线程环境块（thread environment block，TEB）：用户模式（应用程序代码能快速访问的地址空间）中分配和初始化的内存块。TEB耗用一个内存页（ x86、x64、ARM CPU 中是4KB）
用户模式栈（user-mode stack）：用户模式栈存储传给方法的局部变量和实参，它还包含一个地址：指出当前方法返回时，线程应该从什么地方接着执行。Windows默认为每个线程的用户模式栈分配1MB内存。Windows只是保留1MB地址空间，在线程实际需要时才会提交（调拨）物理内存。
内核模式栈（kernel-mode stack）：应用程序代码向操作系统中的内核模式传递参数时，还会使用内核模式栈，出于安全的考虑，Windowd会把这些实参从线程的用户模式栈复制到线程的内核模式栈。32windows 内核模式栈大小12KB，64位是24KB
DLL线程连接（Attach）和线程分离（Detach）通知：Windows的一个策略是，任何时候在进程中创建线程，都会调用进程中加载的所有非托管DLL的DllMain方法，并向该方法传递DLL_THREAD_ATTACH标志。同样的，任何时候线程终止，都会调用进程中的所有非托管DLL的DllMain方法，并向该方法传递DLL_THREAD_DETACH标志。
上下文切换
单CPU计算机一次只能做一件事情。所以，Windows必须在操作系统中的所有线程（逻辑CPU）之间共享物理CPU。
Windows任何时刻只将一个线程分配给一个CPU。那个线程能运行一个“时间片”的长度。时间片到期，Windows就将上下文切换到另一个线程。每次上下文切换都要求Windows执行一下操作：
当Windows上下文切换到另一个线程时，会产生一定的性能损失。
一个时间片结束时，如果Windows决定再次调度同一个线程（而不是切换到另一个线程），那么Windows不会执行上下文切换。
3. 使用线程的理由：什么场景下使用线程
可响应性（通常是针对客户端GUI应用程序）：客户端GUI应用程序中，可以将一些工作交给一个线程进行，使GUI线程能灵敏的响应用户的输入。在这个过程中创建的线程数可能超过CPU的核心数，会浪费系统资源和降低性能。但是用户体验得到改善和增强。
性能（对于客户端和服务端应用程序）：由于Windows每个CPU调度一个线程，而且多个CPU能并发执行这些线程，所以同时执行多个操作可以提升性能。
4. CLR线程池机制
创建和销毁线程是一个昂贵的操作，要耗费大量的时间，同时，太多的线程会浪费内存资源。由于操作系统必须调度可运行的线程并执行上下文切换，所以太多的线程会影响性能。
为了改善这个情况，CLR提供了线程池机制，每个CLR一个线程池。
CLR线程池并不会在CLR初始化的时候立刻建立线程，而是在应用程序要创建线程来执行任务时，线程池才初始化一个线程。线程的初始化与其他的线程一样。在完成任务以后，该线程不会自行销毁，而是以挂起的状态返回到线程池。直到应用程序再次向线程池发出请
求时，线程池里挂起的线程就会再度激活执行任务。
这样既节省了创建线程所造成的性能损耗，也可以让多个任务反复重用同一线程，从而在应用程序生存期内节约大量开销。
5. 进程、线程和应用程序域
进程（Process）：Windows系统中的一个基本概念，它包含着一个运行程序所需要的资源。进程之间是相对独立的，一个进程无法访问另一个进程的数据（除非利用分布式计算方式），一个进程运行的失败也不会影响其他进程的运行，Windows系统就是利用进程把工作划分为多个独立的区域的。进程可以理解为一个程序的基本边界。
应用程序域（AppDomain）：一组程序集的逻辑容器。CLR在初始化在初始化时创建第一个AppDomain（默认AppDomain），这个AppDomain在进程终止时被销毁。.NET的程序集正是在应用程序域中运行的。
一个进程可以包含有多个应用程序域，一个应用程序域也可以包含多个程序集。
在一个应用程序域中包含了一个或多个上下文context，使用上下文CLR就能够把某些特殊对象的状态放置在不同容器当中
线程（Thread）：进程中的基本执行单元，在进程入口执行的第一个线程被视为这个进程的主线程。在.NET应用程序中，都是以Main()方法作为入口的，当调用此方法时系统就会自动创建一个主线程。
线程主要是由CPU寄存器、调用栈和线程本地存储器（Thread Local Storage，TLS）组成的。CPU寄存器主要记录当前所执行线程的状态，调用栈主要用于维护线程所调用到的内存与数据，TLS主要用于存放线程的状态信息。
6. 进程、线程和应用程序域的关系
进程、应用程序域、线程的关系如下图，
一个进程内可以包括多个应用程序域，也有包括多个线程，线程也可以穿梭于多个应用程序域当中。但在同一个时刻，线程只会处于一个应用程序域内。
周国庆
2017/5/26
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原文地址：http://www.cnblogs.com/tianqing/p/6906934.html
