学习笔记——OS线程

电玩女神 2023-07-24 08:42 52阅读 0赞

### 一、线程的引入 ###

多处理机OS中

**进程回顾**：

1)进程是一个拥有资源的独立单位；

2)是一个可独立调度和分派的基本单位。

**进程一系列操作**：

1)创建进程：分配除CPU以外的全部资源（如内存、I/O设备等），建立PCB

2)撤销进程：资源回收，撤销PCB

3)进程切换：保留当前进程的CPU环境，设置新选中进程的CPU环境

进程是一个资源的拥有者，创建、撤销及切换，需要巨大的时空开销，从而限制了OS中的进程数目，进程切换也不能过于频繁。

**引入线程目的**：为了更好地提高程序的并行执行程度，减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性。

不仅并发执行，而且减少时空开销。

将进程的两个作用分开，进程作为拥有资源的独立单位；线程作为独立调度和分配的基本单位，减少切换开销。

### 二、线程与进程的比较 ###

**1.调度的基本单位**

1)传统OS，进程同时作为拥有资源的独立单位和调度与分配的基本单位，每次调度，上下文切换，开销巨大；

2)引入线程的OS，线程作为调度与分配的基本单位，线程切换，仅需保存和设置少量寄存器的内容，开销远小于进程开销；

同一进程中的线程切换，不会引起进程切换；但不同进程中的线程切换，必然引起进程的切换。

**2.并发性**

1)传统OS，进程之间并发；

2)引入线程的OS，不仅进程之间能并发，不同进程的多个线程以及同一进程的多个线程都能并发。

**3.拥有资源**

1)传统OS，进程作为拥有资源的独立单位；

2)引入线程的OS，进程还是拥有资源的基本单位，线程仅有一点必不可少的、能保证独立运行的资源。如寄存器及堆栈；

线程除了拥有自己的少量资源外，还允许多个线程共享该进程拥有的资源。如地址空间、文件、I/O设备等。

**4.独立性**

同一进程的不同线程之间的独立性远小于不同进程之间的独立性。

**5.系统开销**

1)创建和撤销进程时，为之分配和回收PCB、分配和回收资源；创建线程时，分配和回收寄存器和堆栈，开销小得多

2)进程的切换，涉及进程上下文的切换；线程切换开销小得多

**6.支持多处理机系统**

一个进程的多个不同线程可以分配到多个处理机上。

### 三、线程的状态和线程控制块 ###

**1.线程的三个状态**

线程之间也存在着共享资源和相互合作的制约关系，致使线程也有间断性。

三种基本状态：执行状态、就绪状态及阻塞状态。状态之间切换同进程。

**2.线程控制块(TCB)**

如PCB一样，将所有用于控制和管理线程的信息记录在TCB中。如线程标识符、寄存器、优先级及堆栈指针等。

**3.多线程OS的进程属性**

1)进程是一个可拥有资源的基本单位；

2)多个线程可并发执行；

3)进程已不是可执行的实体。把线程作为独立运行与调度处的基本单位。

所谓进程处于“执行”状态，实际上是指进程中的某线程正在执行；

对进程所施加的与进程状态相关的操作也对其线程起作用。

### 四、线程的实现方式 ###

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**1.用户级线程（User-Level Thread，ULT）**

有关线程管理的所有工作都由应用程序完成，内核意识不到线程的存在。应用程序可以通过线程库设计成多线程程序。

**2.内核级线程（Kernel-Level Thread，KLT）**

线程管理的所有工作由内核完成，应用程序没有进行线程管理的代码，只有一个到内核级线程的编程接口。

**3.组合方式**

线程创建完全在用户空间完成，线程的调度和同步也在应用程序中进行。

一个应用程序中的多个用户级线程被映射到一些内核级线程（＜=用户级线程数目）上。5

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