探索Linux系统中线程的执行顺序

1. 线程的概述

在Linux系统中，线程（Thread）是指进程的一个执行流程，它可以独立运行，有自己的寄存器集合和堆栈，但是与同一进程的其他线程共享进程的内存空间和文件描述符等资源。线程是操作系统调度的基本单位，不同线程之间可以并发执行，从而提升了程序的执行效率。

线程的执行顺序取决于操作系统的调度策略，而在Linux系统中，线程的调度是由内核完成的。内核根据一定的策略和算法，将CPU的执行时间划分为多个时间片，然后将这些时间片分配给不同的线程。同时，线程之间也会存在一定的优先级，优先级高的线程会获得较多的时间片，因此会更早地执行。

2. 线程调度策略

2.1. 优先级调度

在Linux系统中，线程的调度策略可以通过设置线程的优先级来进行控制。线程的优先级范围是0-99，其中0为最低优先级，99为最高优先级。通过提高线程的优先级，可以使得该线程更早地被内核调度执行。

int pthread_setschedparam(pthread_t thread, int policy, const struct sched_param *param);

上述代码是调整线程调度策略和优先级的函数，其中thread为目标线程的标识符，policy为调度策略，param为线程的调度参数。常用的调度策略包括：

SCHED_OTHER：普通调度策略，适用于大多数应用场景。

SCHED_FIFO：先进先出调度策略，适用于实时性要求较高的应用。

SCHED_RR：轮转调度策略，适用于实时性要求较高的应用，但和SCHED_FIFO不同的是，SCHED_RR会限制线程的最大执行时间。

2.2. CFS调度

CFS（Completely Fair Scheduler）是Linux系统中默认的线程调度策略。CFS会为每个线程维护一个虚拟运行时间，根据线程的优先级动态调整线程的虚拟运行时间，从而实现了公平的调度。

CFS调度的特点是按照线程的虚拟运行时间进行调度，而不是固定的时间片，因此可以避免低优先级线程长时间等待的情况。

3. 线程的执行顺序

在Linux系统中，线程的执行顺序是由内核调度器决定的，具体的顺序取决于线程的优先级和调度策略。

当线程数目较小时，一般情况下，线程的执行顺序是按照优先级从高到低的顺序执行。即优先级高的线程会更早地执行，优先级低的线程会被推迟执行。

当线程数目较多时，调度器会根据所采用的调度策略进行调度。以CFS调度为例，调度器会根据线程的虚拟运行时间来调度线程的执行，使得每个线程都能够公平地获得CPU的执行时间。

4. 线程调度示例

下面是一个简单的线程调度示例：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void *thread_function(void *arg) {
    int thread_id = *(int *)arg;
    printf("Thread %d is running\n", thread_id);
    pthread_exit(NULL);
}
int main() {
    pthread_t threads[3];
    int thread_ids[3] = {1, 2, 3};
    int i;
    
    for (i = 0; i < 3; i++) {
        pthread_create(&threads[i], NULL, thread_function, (void *)&thread_ids[i]);
    }
    
    for (i = 0; i < 3; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    
    return 0;
}

上述代码创建了3个线程，每个线程打印自己的线程标识符。在运行这段代码时，由于线程的调度策略默认为SCHED_OTHER，因此线程的执行顺序可能是任意的。

为了观察线程的执行顺序，可以通过设置线程的优先级来进行控制。下面是一个设置线程优先级的示例：

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
void *thread_function(void *arg) {
    int thread_id = *(int *)arg;
    printf("Thread %d is running\n", thread_id);
    pthread_exit(NULL);
}
int main() {
    pthread_t threads[3];
    int thread_ids[3] = {1, 2, 3};
    int i;
    struct sched_param param;
    pthread_attr_t attr;
    
    pthread_attr_init(&attr);
    pthread_attr_getschedparam(&attr, &param);
    param.sched_priority = 80;
    pthread_attr_setschedparam(&attr, &param);
    
    for (i = 0; i < 3; i++) {
        pthread_create(&threads[i], &attr, thread_function, (void *)&thread_ids[i]);
    }
    
    for (i = 0; i < 3; i++) {
        pthread_join(threads[i], NULL);
    }
    
    return 0;
}

上述代码将线程的优先级设置为80，因此线程的执行顺序将会变为按照优先级从高到低的顺序执行。

5. 总结

在Linux系统中，线程的执行顺序是由内核调度器决定的，取决于线程的优先级和调度策略。通过设置线程的优先级，可以控制线程的执行顺序，使得具有更高优先级的线程更早地执行。

需要注意的是，线程的执行顺序并不是确定的，可能会因为操作系统的负载情况而发生改变。因此，在编写多线程程序时，应该避免过于依赖线程的执行顺序，保证线程之间的正确同步和互斥。