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  • 操作系统之线程,多线程模型的探索与解析

    概括:

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    什么是线程,为什么要引入线程?

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    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,引入子“线程”,来增加并发度.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,从而进一一步提升了系统的并发度,使得一个进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)。

    引入线程机制后,有什么变化?

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    对进程开销的理解:
    去图书馆看书。
    切换进程运行环境:有-一个不认识的人要用桌子,你需要你的书收走,他把自己的书放到桌上同一进程内的线程切换=你的舍友要用这张书桌,可以不把桌子上的书收走

    线程的属性

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    线程的实现方式

    用户级线程(User-Level Thread, ULT)

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    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)

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

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    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。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”

    线程的实现方式

    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)

    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。

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    例如:左边这个模型中,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。

    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。

    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

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    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。

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    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。

    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。

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    总结:

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