操作系统-06.线程概念、多线程模型
线程概念、多线程模型
前景知识
1.什么是线程，为什么要引入线程？
答：未有进程之前，只能串行执行，引入进程之后，由于进程是程序的一次执行，是顺序处理的，但由于一个进程需要处理很多事，因此引入线程概念并增加并发度，使一个进程可以做很多事情。
线程是一个基本CPU执行单元，也是程序执行流的最小单位。（轻量级进程）
由于进程可以并发，各线程之间也可以并发，因此提升了系统的并发度。
1. 引入线程机制后的变化
2. 线程的属性
线程的属性
- 线程是处理机调度的基本单位
- 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（TCB）
- 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
- 同一个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，同一进程中的线程间通信甚至无需系统干预
- 同一进程中的线程切换，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
3. 线程的实现方式
用户级线程（User-Level Thread,ULT）：由应用程序通过线程库实现。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，线程切换可在用户态下完成，无需操作系统干预。（用户级线程对用户不透明，对操作系统透明，即内核意识不到用户线程的存在）
内核级线程（Kernel-Level Thread,KLT）：内核级线程的管理工作由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。（内核级线程，即操作系统才可以看到的线程）
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)。**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。
4.多线程模型
问题引出：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。
多线程模型：
- 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。
- 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。
- 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。主流：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。
