线程概念、多线程模型
什么是线程，为什么要引入线程
还没引入进程之前,系统中各个程序只能串行执行。比如我们不能在用QQ聊天的时候听音乐，而引入线程之后就可以了。
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)。线程则作为处理机的分配单元。
引入线程后的变化
线程的属性
线程的实现方式
①
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)
可以这样理解,“用户级线程”就是“从用户视角看能看到的线程”
②
内核级线程( Kernel-Level thread,KLT,又称“内核支持的线程”)
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”
③
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)
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。
例如:上边这个模型中,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。
①
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
②
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。
③
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。
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。
总结
