線程，有時被稱為輕量級程序，是程式執行的最小單元。一個标準的線程由線程ID、程式計數器（pc）、一組寄存器和堆棧組成。通常，一個程序由多個線程組成，每個線程之間共享程序的記憶體空間（包括代碼段、資料段、堆等）及一些程序級的資源（如打開的檔案描述符和信号）。如下圖所示：
線程的通路非常自由，它可以通路程序記憶體裡的所有資料，同時線程也擁有自己IDE私有存儲空間，包括以下幾方面：
1）棧
2）線程局部存儲（TLS）。
3）寄存器（包括PC寄存器）
在單處理器對應多線程的情況下，并發是一種模拟出來的。作業系統通過讓多個線程輪流使用CPU，這樣每個線程就“看起來”在同時執行。
線上程排程中，線程至少有三種狀态，分别是：
1）運作：此時線程獲得CPU正在執行
2）就緒：此時線程隻有獲得CPU就可以立刻執行
3）等待：此時線程正在等待某一事件發送，無法執行。
線程轉換圖：
Linux對多線程的支援頗為貧乏，事實上，在Linux核心中并不存在真正意義上的線程概念。Linux将所有的執行實體（無論是線程還是程序）都稱為任務，每一個任務類似于一個單線程的程序，具有記憶體空間、執行實體、檔案資源等。
fork函數産生一個和目前程序完全一樣的新程序，并和目前程序一樣從fork函數裡傳回。
fork産生新任務的速度非常快，因為fork并不複制原任務的記憶體空間（這裡指的是實體記憶體，父子程序的虛拟位址空間的獨立的），而是和原任務一起共享一個寫時複制（COW）的記憶體空間。所謂寫時複制，指的是兩個任務可以同時自由地讀取記憶體，但任意一任務試圖對記憶體進行修改時，記憶體就會複制一份提供給修改方單獨使用，以免影響到其他的任務使用。
fork隻能夠産生本任務的鏡像，如果要啟動新任務，則使用exec。exec可以用新的可執行映像替換目前的可執行映像，是以在fork産生了一個新任務後，新任務可以exec來執行新的可執行檔案。fork和exec都隻用于産生新任務，而如果要産生新線程，則可以使用clone。
多線程程式處于一個多變的環境中，可通路的全局變量和堆資料随時都可能被其他的線程改變。是以多線程程式在并發時資料的一緻性變得非常重要。
5.1 競争和原子操作
多個線程同時通路一個共享資料，可能造成錯誤的結果：
例如：
在許多體系結構上，++i的實作會如下：
1）讀取i到某個寄存器X
2）X++
3）将X的記憶體存儲回i
由于線程1和線程2的并發執行，是以兩個線程的執行序列可能如下：
從程式的邏輯看，正确的結果應該是i為0.但是由于執行的序列問題，可能出現的結果有0,1,2。可見，兩個線程同時操作一個共享資料會出現意想不到的結果。
很明顯，這裡出現錯誤的原因主要在于自增（++）操作被作業系統編譯為彙編代碼之後不止一條指令，是以在多線程環境下就可能出現執行了一半而被排程系統打斷，去執行其他的代碼。如果單條指令是原子的，則執行就不會被打斷。問題是，盡管原子操作非常友善，但是它僅适用于比較簡單的場合。
5.2 同步和鎖
為了避免多個線程同時讀寫一個資料而出現不可預料的結果，我們需要将各種線程對同一資料的通路同步。所謂同步，即是指在一個線程通路資料未結束的時候，其他線程不得對同一個資料進行通路。
同步的最常見方法是加鎖。鎖是一種非強制機制，每一個線程在通路資料或資源之前首先試圖擷取鎖，通路完後釋放鎖。
二進制信号量是最簡單的一種鎖，它隻有兩種狀态：占用和非占用。它适合隻能被唯一一個線程通路的資源。
對于允許多個線程并發通路的資源，使用多元信号量。一個初始值為N的信号量允許N個線程并發通路。
互斥量和二進制信号量類似。
臨界區是一段通路臨界資源的代碼。臨界區和互斥量和信号量的差別在于，互斥量和信号量在系統的任何程序都是可見的，也就是說，一個程序建立了一個互斥量或信号量，另一個程序試圖去擷取該鎖是合法的。然而，臨界區的作用僅限于同一程序内的不同線程之間的同步，不能用于程序的同步。
讀寫鎖分為共享的和獨占的。
條件變量，使用條件變量可以讓許多線程一起等待某個事件的發生，當事件發生後，所有線程可以一起恢複。
一個函數要成為可重入的，必須具有以下幾個特點：
1）不使用任何（局部）靜态或全局的非const變量
2）不傳回任何（局部）靜态或全局的非const變量的指針
3）僅依賴于調用方提供的參數
4）不依賴于單個資源的鎖（mutex等）
5）不調用任何不可重入的函數
有時候過度優化也會造成線程安全問題。
由于有鎖的保護，x++的行為不會被并發所破壞，那麼x似乎必然為2.然而，如果編譯器為了提高x的通路速度，把x放入了某個寄存器中，那麼我們知道不同線程的寄存器是各自獨立的，此時就出現線程安全問題，例如：
可見，現在即使加鎖也不能保證結果正确。
我們可以使用volatile關鍵字試圖阻止過度優化。volatile可以阻止兩件事情：
1）阻止編譯器為了提高速度将一個變量緩存在寄存器内而不寫回。
2）阻止編譯器調整操作volatile變量的指令。