线程与轻进程（OS）

爱被打了一巴掌 2024-03-16 21:17 7阅读 0赞

**目录**

1、进程的引入

2、线程的概念

3、线程的结构

3、线程控制块

5、线程的实现

（1）用户级别线程

（2）核心级别线程

（3）混合线程

6、线程的应用

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## 1、进程的引入 ##

**进程切换**

*  上下文涉及内容多，开销大，“笨重” PCB+程序
 *  系统环境：地址空间，系统栈，打开文件表

相关进程之间耦合关系差

**解决方案**

*  Multi-threading
 *  同一进程中包含多个线程
 *  上下文只涉及寄存器和用户栈，切换速度快
 *  相关线程之间通讯方便、快捷

## 2、线程的概念 ##

线程，又称为轻进程（light weight process，LEP），是进程中一个相对独立的执行流。

**进程 vs.线程**

*  进程是资源分配单位
 *  线程是执行单位

**多线程优点**

*  切换速度快（地址空间不变）(light weighted)
 *  系统开销小
 *  通讯容易（共享数据空间）

## 3、线程的结构 ##

![cf46cf66b184473a9f1fd489f1a66ddd.png][] 多进程结构

![933a2c7ef414416bb4cb43953831bd30.png][] 多线程结构

![8e1c08d957eb4fa3a4afbe9a27de3149.png][] 线程结构（另一种表达方式）

## 3、线程控制块 ##

**线程控制块 TCB（Thread control block)** 标志线程存在的数据结构， 其中包含对线程管理需要的全部信息。

[与进程相似][Link 1]，线程也是并发执行的，即时断时续的。

**内容：**线程标识 、线程状态 、调度参数 、现场(通用寄存器,PC,SP) 、链接指针

**存放位置**

*  用户级线程：目态空间（运行系统）
 *  核心级线程：系统空间

## 5、线程的实现 ##

### （1）用户级别线程 ###

**实现方法：**

*  基于library函数，系统不可见
 *  线程创建、撤销、状态转换在目态完成
 *  TCB在用户空间，每个进程一个系统栈

**优点：** 不依赖于操作系统，调度灵活

同一进程中多线程切换速度快(不需进入操作系统)

**缺点：** 同一进程中多个线程不能真正并行

一个线程进入系统受阻，进程中其它线程不能执行

![c8b5de4b45d342a4b42a68c26772b59d.png][]

对于用户级别线程，

> 若同一进程中的多个线程中至少有一个处于运行态，则该进程的状态为运行态；
> 
> 若同一进程的多个线程均不处在运行态，但至少有一个线程处于就绪态，则该进程处于就绪态；
> 
> 若同意进程的多个线程均处于等待状态，则该进程处于等待状态。

### （2）核心级别线程 ###

**实现方法：**

*  基于系统调用
 *  创建、撤销、状态转换由操作系统完成

**优点：** 同一进程内多线程可以并行执行

一线程进入核心等待，其它线程仍可执行

**缺点：** 系统开销大，同一进程内多线程切换速度慢

调度算法不能灵活控制

![77aa11a01e3f4e8ea5088c8674e117fa.png][]

### （3）混合线程 ###

**Solaris例子**

**User level thread:**

*  由Lib程序支持（创建,调度）

**Light weighted process(LWP):**

*  由Lib程序支持
 *  每个task至少一个LWP
 *  用戶级别线程与LWP可以多对多
 *  LWP对操作系统可见
 *  只有与LWP相联系的用户线程向前推进

**Kernel level thread:**

*  由kernel 支持
 *  每个LWP与唯一一个核心线程对应 核心线程可与CPU多对多，可对一

![b31a70db9e0f4f0084d6159d9d11295b.png][]

## 6、线程的应用 ##

内在的多控制流，需要共享数据 ：生产－消费问题

多线程优于多进程 快100倍!

提高处理机与设备的并行性

多处理机环境：提高处理机利用率，加快进程推进速度

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[8e1c08d957eb4fa3a4afbe9a27de3149.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/3dadbc9c52914535b27d11f659db4dce.png
[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_72077052/article/details/131276771
[c8b5de4b45d342a4b42a68c26772b59d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/15/35df766988fc46b8ae511d062787e25f.png
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