线程概念多线程模型

2.1.5线程概念多线程模型_计算机操作系统

一、引入线程

​ 还没引入进程之前,系统中各个程序只能串行执行。

​ 有的进程可能需要“同时”做很多事,而传统的进程只能串行地执行一系列程序。为此,引入了“线程”,来增加并发度。

2.1.5线程概念多线程模型_线程模型_02

​ 专统的进程是程序执行流的最小单位

​ 引入线程后,线程成为了程序执行流的最小单位


​ 可以把线程理解为“轻量级进程”。

线程是一个基本的CPU执行单元,也是程序执行流的最小单位

​ 引入线程之后,不仅是进程之间可以并发,进程内的各线程之间也可以并发,从而进一步提升了系统的并发度,使得一个避程内也可以并发处理各种任务(如QQ视频、文字聊天、传文件)

​ 引入线程后,进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元(如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的)。

2.1.5线程概念多线程模型_课程笔记_03

2.1.5线程概念多线程模型_执行流_04



二、线程的实现方式

用户级线程(User-Level Thread, ULT)

2.1.5线程概念多线程模型_执行流_05

​ 用户级线程由应用程序通过线程库实现。所有的线程管理工作都由应用程序负责(包括线程切换)

​ 用户级线程中,线程切换可以在用户态下即可完成,无需操作系统干预。

​ 在用户看来,是有多个线程。但是在操作系统内核看来,并意识不到线程的存在。(用户级线程对用户不透明,对操作系统透明)

​ 可以这样理解,“用户级线程”就是“从用户视角看能看到的线程”


内核级线程(Kernel-Level Thread, KLT,又称“内核支持的线程”)

2.1.5线程概念多线程模型_执行流_06

​ 内核级线程的管理工作操作系统内核完成。线程调度、切换等工作都由内核负责,因此内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成。

​ 可以这样理解,“内核级线程”就是“从操作系统内核视角看能看到的线程”


在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中,可采用二者组合的方式:将n个用户级线程映射到m个内核级线程上( n >= m)

2.1.5线程概念多线程模型_线程模型_07

重点重点重点:

​ 操作系统只“看得见”内核级线程,因此只有内核级线程才是处理机分配的单位

​ 例如:上面这个模型中,该进程由两个内核级线程,三个用户级线程,在用户看来,这个进程中有三个线程。但即使该进程在一个4核处理机的计算机上运行,也最多只能被分配到两个核,最多只能有两个用户线程并行执行。



三、多线程模型

​ 在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中,由几个用户级线程映射到几个内核级线程的问题引出了“多线程模型”问题。

2.1.5线程概念多线程模型_系统内核_08

多对一模型:多个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用户进程只对应一个内核级线程。

​ 优点:用户级线程的切换在用户空间即可完成,不需要切换到核心态,线程管理的系统开销小,效率高

​ 缺点:当一个用户级线程被阻塞后,整个进程都会被阻塞,并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行


2.1.5线程概念多线程模型_课程笔记_09

一对一模型:一个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用户进程有与用户级线程同数量的内核级线程。

​ 优点:当一个线程被阻塞后,别的线程还可以继续执行,并发能力强。多线程可在多核处理机上并行执行。

​ 缺点:一个用户进程会占用多个内核级线程,线程切换由操作系统内核完成,需要切换到核心态,因此线程管理的成本高,开销大。


2.1.5线程概念多线程模型_系统内核_10

多对多模型:n用户及线程映射到m个内核级线程(n >= m)。每个用户进程对应m个内核级线程。

​ 克服了多对一模型并发度不高的缺点,又克服了一对一模型中一个用户进程占用太多内核级线程,开销太大的缺点。



2.1.5线程概念多线程模型_执行流_11