操作系统—线程概念和多线程模型

Posted 2021-09-27 王同学要努力

【操作系统】—线程概念和多线程模型

本章节学习内容如下

一、什么是线程，为什么要引入线程

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

二、引入线程机制后，有什么变化？

三、线程的属性

线城是处理机调度的单位

多CPU计算机中，各个线程可占用不同的CPU

每个线程都有一个线程ID 线程控制块

线程也有就绪、阻塞、运行三种基本状态

线程几乎不拥有系统资源

同一进程的不同线程间共享进程的资源

由于共享内存地址空间 同一进程的线程间通信甚至无需干预

同一进程间的线程切换 不会引起进程切换

不同进程中的线程切换 会引起进程切换

切换同进程内的线程 系统开销很小

切换进程 系统开销很大

四、线程的实现方式

在同时支持用户级线程的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）

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

四、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映射到几个内核级线程的问题引出了多线程模型问题

（一）、多对一模型的优缺点

多对一模型：多个用户级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。

（二）、一对一模型

一对一模型：一个用户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

（三）、多对多模型

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

多对多模型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