线程概念和多线程模型

Posted 杀手不太冷!

tags:

篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了线程概念和多线程模型相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

线程概念和多线程模型

知识总览图

img

什么是线程?为什么引入线程?

在没有进入进程之前,系统中各个程序只能串行执行,比如QQ音乐和QQ是不能同时运行的;但是在引入进程之后,各个程序是可以并发执行的,QQ音乐和QQ是可以同时运行的;

什么是线程?

线程存在于进程中,一个进程有多个线程,进程之间是可以并发的,线程之间也是可以并发的,在没有引入线程之前,进程是资源分配和CPU调度的最小单位,在引入线程之后,进程是资源分配的最小单位,而线程是CPU调度的最小单位。如下图:

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

为什么引入线程?

因为进程切换是比较耗费资源的,引入线程之后,仅仅进行线程切换就行了,减少了进程切换的次数,可以节省资源。你比如说如果你想用QQ程序给好友发送照片,你就要访问图库程序,这就牵涉到了另外一个程序,所以QQ程序相关的进程想要访问图库程序,必定要进行进程的切换,这是比较耗费资源的。但是在引入线程之后,同一个进程中的多个线程也是可以并发执行的,从QQ程序切换到图库程序就不用进行进程切换了,仅仅进行进程中的线程切换就可以了,一个进程中的不同线程的切换相比于进程切换是非常节省资源的。

引入线程机制后,有什么变化?

在这里插入图片描述

线程的属性

在这里插入图片描述

第5条属性的解释:线程为什么几乎不拥有系统资源?因为系统资源的分配都是直接分配给进程的,进程中的多个线程共享进程的系统资源,进程是CPU调度的最小单位。

线程的实现方式

用户级线程

在这里插入图片描述

上图中的"用户级线程对用户不透明,对操作系统透明"这句话是错误的,应该是"用户级线程对用户是透明的,对操作系统是不透明的"。

内核级线程

img

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)

在这里插入图片描述

多线程模型

多对一模型

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。

用户级线程由于它的管理是由应用程序负责的,所以用户级线程的切换在用户空间用户态下即可完成,由应用程序负责完成。

当一个用户级线程被阻塞后,因为这多个用户级线程只对应一个内核级线程,所以这个内核级线程也会阻塞。多个用户级线程不可以在多核处理机上并行运行,因为CPU只能调度内核级线程,不能调度用户级线程,而多对一模型中,多个用户级线程只对应了一个内核级线程,对CPU来说只有一个内核级线程,所以不存在多核CPU并行调度线程。

在这里插入图片描述

一对一模型

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。

一对一模型中,一个用户级线程对应着一个内核级线程。

优点:当一个用户级线程阻塞后,其它与之不想关的内核级线程还可以继续执行,也就是说其它的用户级线程还可以继续执行,所以并发能力比较强。因为有多个内核级线程,所以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各内核级线程,而线程切换是由操作系统内核完成的,需要切换到核心态,因此线程管理的成本高,开销大。

在这里插入图片描述

多对多模型

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

优点: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。

在这里插入图片描述

以上是关于线程概念和多线程模型的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

操作系统—线程概念和多线程模型

(王道408考研操作系统)第二章进程管理-第一节5:线程概念和多线程模型

进程管理-第一节6:线程的实现方式和多线程模型

java 内存模型和多线程基础

Java线程和多线程——线程池基础

王道操作系统笔记———— 进程与线程