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在操作系统中，进程和线程是两个重要的概念。进程是系统进行资源分配的基本单位，而线程是CPU调度执行的基本单位。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的内存空间，但每个线程都有自己独立的执行流程。线程之间可以并发执行，提高程序的执行效率。
线程的CPU调度是通过时间片轮转算法实现的。操作系统为每个线程分配一个时间片，通常是几毫秒到几十毫秒。当前线程在CPU上执行，时间片用完后，操作系统会进行上下文切换，将CPU控制权交给就绪队列中的下一个线程。这样可以确保所有线程都能公平地获得CPU执行时间。
在内存使用方面，同一进程内的所有线程共享进程的内存空间。它们可以访问相同的堆内存、全局变量和代码段。但是，每个线程都有自己独立的栈空间，用于存储局部变量、函数参数和返回地址。这种设计既保证了线程间的数据共享，又维护了各线程执行上下文的独立性。正是因为共享内存，线程间的通信比进程间通信更加高效。
线程的上下文切换是一个复杂的过程。当时间片用完或线程被阻塞时，操作系统会触发上下文切换。首先，当前线程的CPU寄存器状态，包括程序计数器、栈指针和通用寄存器等，会被保存到该线程的控制块中。然后，操作系统从下一个就绪线程的控制块中恢复其寄存器状态到CPU中。虽然这个过程很快，但频繁的上下文切换仍会带来一定的性能开销。
线程同步是多线程编程中的关键问题。由于多个线程共享相同的内存空间，如果不加控制地同时访问共享数据，就会出现数据竞争和不一致的问题。互斥锁是最常用的同步机制，它确保同一时刻只有一个线程能够访问被保护的共享资源。当一个线程获得锁后，其他线程必须等待，直到锁被释放。这样可以保证数据的完整性和程序的正确性。