C中的多线程实现本身

Question

我首先是一个初学者 C/C++ 程序员，但我对此很好奇。 我的问题更具理论性。

我听说 C 没有显式的多线程 (MT) 支持，但是有一些库可以实现这一点。我找到了构建 MT 程序必须包含的“process.h”标头，但我不明白的是 MT 本身是如何工作的。

我知道 CPU 中有线程（为简单起见假设它是单核）正在运行，并且每分钟只有一个线程。 CPU 在线程之间切换的速度非常快，因此用户将其视为同时工作（如果不是，请纠正我）。

但是 - 当我写下以下内容时真正发生了什么

beginthread( Thread, 0, NULL ) //or whatever function/class method we use

请记住，C 不支持 MT。我的意思是，代码如何告诉 PC 多线程运行两个函数，而语言显式方法无法实现？ 我猜在与“process.h”相关的库中存在一些“作弊”，但那是什么作弊，我不能只在网上找到。 更具体地说——我不是在问如何使用 MT，而是在问它是如何构建的？

对不起，如果之前回答过，或者问题太复杂:)

更新： 假设我们有 C 语言。它有函数、变量、指针等。我不知道任何可以与其他函数同时运行的“特殊”函数类型。除非它调用了其他一些函数。但是调用者函数停止并等待？ 是不是这样，当我运行 MT 应用程序时，有一个特殊的“全局”函数会重复调用我的 f1() 和 f2()，看起来它们是同时工作的？

Answer 1

首先，C11确实在标准中加入了多线程支持，所以C不支持多线程的前提已经不完全正确了。

但是，我假设您的问题更多地与当标准 C 确实（/没有）提供必要的工具时 C 库如何实现多线程有关。答案在于“标准”这个词——编译器和平台可以提供超出标准要求的附加功能。使用这些额外的特性会降低程序/库的可移植性（即，需要比 C 标准中指定的更多），但语言和函数调用语义仍然可以是 C。

也许考虑一个标准库函数（例如fopen）会有所帮助——最终必须调用该函数代码内部的某个地方，而该代码无法用标准 C 编写，即标准库本身的实现也必须依赖于用于访问操作系统功能（例如文件系统）的特定于平台的代码。因此，标准库的每个实现都必须以特定于该平台的方式实现不可移植部分（这是拥有标准库而不是所有代码都是平台特定的点）。但同样，多线程库可以使用该平台提供的非标准特性来实现，但使用这样的库会使代码只能移植到具有相同（或兼容）多线程库可用的平台。

至于多线程本身是如何工作的，当然不在本文所能回答的范围之内，但作为单处理器内核上的简化概念模型，你可以想象操作系统通过运行一个进程来管理“并发”进程短时间，中断它，保存它的状态（当前指令，寄存器等），加载另一个进程的保存状态，然后重复这个。这给人一种并发执行的错觉，尽管实际上它在不同进程之间快速切换。在多核系统上，不同核上的执行实际上可以是并发的，但是进程通常比核数多，所以这种切换仍然会发生在单个核上。等待某事的进程（I/O、另一个进程、计时器等）使事情变得更加复杂。也许可以说调度程序是一个在操作系统内部管理所有这些的软件，多线程库与之通信就足够了。

（请注意，实现多线程和多任务的方式有很多种，上一段中的陈述并不适用于所有方式。）

Answer 2

它是特定于平台的。在 Windows 上，它最终会下降到 NtCreateThread，它使用汇编指令 syscall 来调用操作系统。因此，您可以将其定性为作弊。

在 Linux 上也是如此，只是带有系统调用的函数被称为 clone。