线程与线程机制的实现

线程的引入

为什么在进程中再派生线程？

三个理由
- 应用的需要
- 开销的考虑
- 性能的考虑

线程的基本概念

线程：进程中的一个运行实体，是CPU的调度单位
有时将线程称为轻量级进程

在同一进程增加了多个执行序列（线程）

线程的属性

• 有标示符ID
• 有状态及状态转换：需要提供一些操作
• 不运行时需要保存的上下文
  有上下文环境：程序计数器等寄存器
• 有自己的栈和栈指针
• 共享所在进程的地址空间和其他资源
• 可以创建、撤销另一个线程
  程序开始是以一个单线程进程方式运行的

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线程机制的实现

• 用户级线程
• 核心级线程
• 混合——两者结合方法

用户级线程

• 在用户空间建立线程库：提供一组管理线程的过程
• 运行时系统：完成线程的管理工作（操作、线程表）
• 内核管理的还是进程，不知道线程的存在
• 线程切换不需要内核态特权
• 例子：UNIX
  

例子：POSIX线程库——PTHREAD

• POSIX(Portable Operating System Interface)
• 多线程编程接口，以线程库方式提供给用户

Thread call Description Pthread_create Create a new thread Pthread_exit Terminate the calling thread Pthread_join Wait for a specific thread to exit Pthread_yield Release the CPU to let another thread run Pthread_attr_init Create and initialize a thread’s attribute structure Pthread_attr_destroy Remove a thread’s attribute structure

用户级线程小结

优点：
- 线程切换快
- 调度算法是应用程序特定的
- 用户级线程可运行在任何操作系统上（只需要实现线程库）

缺点：
- 内核只将处理器分配给进程，同一进程中的两个线程不能同时运行于两个处理器上
- 大多数系统调用是阻塞的，因此，由于内核阻塞进程，故进程中所有线程也被阻塞

核心级线程

• 内核管理所有线程管理，并向应用程序提供API接口
• 内核维护进程和线程的上下文
• 线程的切换需要内核支持
• 以线程为基础进行调度
• 例子：Windows
  

混合模型

• 线程创建在用户空间完成
• 线程调度等在核心态完成
• 例子：Solaris

多个用户级线程多路复用多个内核级线程

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总结

进程

• 并发性 任何进程都可以与其他进程一起向前推进
• 动态性 进程是正在执行程序的实例
  
  • 进程是动态产生、动态消亡的
  • 进程在其生命周期内，在三种基本状态之间转换
• 独立性 进程是资源分配的一个独立单位
  例如：各进程的地址空间相互独立
• 交互性 指进程在执行过程中可能与其他进程产生直接或间接的关系
• 异步性 每个进程都以其相对独立的、不可预知的速度向前推进
• 进程映像 程序+数据+栈（用户栈、内核栈）+PCB

线程

• 多线程应用场景
• 线程基本概念、属性
• 线程实现机制

可再入程序（可重入）：
可被多个进程同时调用的程序，具有下列性质：
它是纯代码的，即在执行过程中自身不改变；
调用它的进程应该提供数据区