【操作系统】进程管理（二）—— 线程
一、线程概念
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。
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。
线程的实现方式
多线程模型
二、线程的实现方式
用户级线程（User-Level Thread, ULT）
从代码的角度看，线程其实就是一段代码逻辑。
上述三段代码逻辑上可以看作三个“线程”。
while 循环就是一个最弱智的“线程库”，线程库完成了对线程的管理工作（如调度）。
很多编程语言提供了强大的线程库，可以实现线程的创建、销毁、调度等功能。
- 线程的管理工作由谁来完成？
- 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）
线程切换是否需要CPU变态？
- 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。
操作系统是否能意识到用户级线程的存在？
- 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”就是“从用户视角看能看到的线程”
- 优缺点
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。
内核级线程（Kernel-Level Thread, KLT, 又称“内核支持的线程”）
由操作系统支持的线程
大多数现代操作系统都实现了内核级线程，如
Windows、Linux
- 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。
- 操作系统会为每个内核级线程建立相应的TCB（Thread Control Block，线程控制块），通过TCB对线程进行管理。“内核级线程”就 是“从操作系统内核视角看能看到的线程”
- 优缺点
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。
三、多线程模型
在支持内核级线程的系统中，根据用户级线程和内核级线程的映射关系，可以划分为几种多线程模型。
一对一模型
一对一模型：一个用户级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。
多对一模型
多对一模型：多个用户级线程映射到一个内核级线程。且一个进程只被分配一个内核级线程。
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。
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。
多对多模型
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（一个阻塞全体阻塞），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。
可以这么理解：
用户级线程是“代码逻辑”的载体；内核级线程是“运行机会”的载体。
内核级线程才是处理机分配的单位。例如：多核CPU环境下，左边这个进程最多能被分配两个核。
一段“代码逻辑”只有获得了“运行机会”才能被CPU执行。
在上图中，内核级线程中可以运行任意一个有映射关系的用户级线程代码，只有两个内核级线程中正在运行的代码逻辑都阻塞时，这个进程才会阻塞。
