操作系统~线程概念以及多线程模型

进程是程序的一次执行, 但这些功能显然不可能是由一个程序顺序处理就能实现的
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什么是线程,为什么要引入线程?
什么是线程,为什么要引入线程?

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,引入了“线程”,来增加并发度。
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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)。

引入线程机制后,有什么变化?

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线程的属性

  1. 线程是处理机调度的单位
  2. 多CPU计算机中,各个线程可占用不同的CPu
  3. 每个线程都有一个线程ID、线程控制块(TCB)
  4. 线程也有就绪、阻塞、运行三种基本状态
  5. 线程几乎不拥有系统资源
  6. 同一进程的不同线程间共享进程的资源
  7. 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
  8. 同一进程中的线程切换,不会引起进程切换
  9. 不同进程中的线程切换,会引起进程切换
  10. 切换同进程内的线程,系统开销很小
  11. 切换进程,系统开销较大

线程的实现方式

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”
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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”
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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
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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。
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。
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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。
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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转载自blog.csdn.net/Shangxingya/article/details/113799352