1.什么是线程,为什么要引入线程

还没引入进程之前,系统中的各个程序只能串行执行。在传统的定成定义中,进程是程序的一次执行。但想实现多个功能显然不可能是由一个程序顺序处理就能实现的。如 QQ,可以同时进行视频,文字聊天,发送文件等操作。

有的进程可能需要“同时”处理很多事情,而传统的进程只能串行的执行一系列程序。为此,引入了“线程”来增加进程的并发度。传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,**使得一个进程内也可以并发的处理各种任务(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.引入线程机制后的变化

LBjVvd.png

3.线程的属性

LBjnbt.png

4.线程的实现方式

(1)用户级线程

用户级线程由应用程序通过线程库来实现。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。用户看来是有多个线程,但在操作系统看来,并意识不到线程的存在(用户线程对用户不透明,对操作系统透明)。可以理解为用户级线程就是“从用户视角能看到的线程。”

LBj1PS.png

(2)内核级线程(又可称为“内核支持的线程”)

内核级线程的管理工作操作系统内核完成。线程调度‘切换等工作都有内核负责,因此,内核级现成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“从操作系统内核视看能看到的线程”

LBv0eI.png

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 个用户线程映射到 m 个内核级线程上(n >= m):

LBxIud.png

操作系统同只“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。但即使这个进程在一个拥有四核心的计算机上运行,也最多只能被分配到两个核心,最多只能有两个用户级线程并行执行。

5.多线程模型

在同时支持多个用户级线程和内核级线程的系统中,有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。

(1)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进程。

LDSdOJ.png

优点:用户级线程的切换在用户空间内即可完成,不需要切换到核心态,线程管理系统的开销小,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。多个线程不可以在多核处理机上并行运行。

(2)一对一模型

一个用户级线程映射到一个内核级线程。每个用户进程有与用户线程同数量的内核级线程。

LDpgNq.png

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,多线程可以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。

(3)多对多模型

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 个用户线程映射到 m 个内核级线程上(n >= m):

LBxIud.png

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。算是一种折中的解决方案。

5.知识回顾

]