内核级线程

关注

原创最新推荐文章于 2026-03-07 05:41:43 发布 1.4k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

内核级线程与用户级线程这两天在写这篇blog的时候，顺带复习操作系统的资料，遇到了一个之前没有弄明白的问题，就是关于内核级线程与用户级线程。在查阅了一些资料之后，发表一下我个人简介。线程已经在许多系统中实现，到那时各个操作系统实现方式不完全相同。比如在有的系统中，特倍是一些数据库管理系统如IBM的infomix系统，所实现的用户级线程（UserLevel Threads ，ULT）；而另一些系统如（Mac os的前阅读详情

内核级线程与用户级线程的区别

用户级线程的ThreadCreate(),Yield(),是用户程序，不进入内核。
而内核级线程的ThreadCreate()是系统调用，会进入内核，TCB在内核中，内核管理TCB。Yiled()用户不可见，调度点由系统决定，在内核级线程中Yield就不叫Yield了，进入了内核叫Schedule。

内核级线程阻塞后，内核知道这个进程中的其他线程，会切换到其他线程去。所以内核级线程的并发性更好。

而用户级线程阻塞了，那它在的整个进程都会被挂起，直接切到别的进程去执行了。

用户级线程：
这里写图片描述

内核级线程：
这里写图片描述

内核级线程

因为进程要分配资源，访问内存，访问文件等等，所以必须要在内核态才能访问控制这些资源，所以进程必须在内核中，切换进程实际是切换资源+切换内核级线程。

内核级线程不仅要在用户态跑，还要在内核态跑，所以在用户态要有用户栈，在内核态要有内核栈。内核级线程需要一套栈。

用户级线程的切换是TCB切，根据TCB切换用户栈；
内核级线程的切换是TCB切，根据TCB切换一套栈，内核栈切，用户栈也要切。

用户栈和内核栈之间的关联

进入内核的唯一方法就是中断(INT中断，时钟中断，键盘鼠标硬件中断…)。
先是在用户态的用户栈里面来回折腾，但是只要一有中断，就启用内核栈，操作系统就通过硬件的一些寄存器找到线程对应的内核栈，找到这个内核栈后就压在用户态执行的栈SS,SP,还要压刚才在用户态执行到什么地方。

这里写图片描述

而IRET就是返回，将压入内核栈的5个寄存器弹出，根据弹出的这5个寄存器又可以找到用户栈了。

举例来描述：
这里写图片描述

read()是个库函数，就会展开成一段int指令。int中断。
中断返回的时候，cs,pc一弹，就又可以找到用户栈和我们在用户态代码执行到哪里。这样就实现了执行指令序列的跳转了。

内核级栈的切换

//线程S代码
100: A(){
   B();
   104:
}
200: B(){
   read();
   204:
}
300:read(){
   int 0x80;
   304;
}
system_call:
  call sys_read;
1000:
2000:sys_read(){
  启动磁盘读；
  将自己变成阻塞；
  找到next;//下一个线程的TCB
  switch_to(cur,next);
  //switch_to通过TCB找到内核栈指针，然后通过ret切到某个内核程序
  //最后再用CS:PC切到用户程序
}

//线程T代码
500：C(){
....
}
interrupt:
  call sys_xxx;
3000:
4000:sys_xxx(){

}

这里写图片描述

内核线程switch_to的五段论

中断入口:(进入切换)
push ds;
...;
mov ds,内核段号;...
call 中断处理
}//ret

中断处理:(引发切换)
 启动磁盘读或时钟中断;
 schedule();
}//ret

schedule: next=..;
 call switch_to;
}//ret

switch_to:(内核栈切换)
 TCB[cur].esp=%esp;
 %esp=TCB[next].esp;
 ret

中断出口:(第二级切换)
 ...;
 pop ds;
 iret

补充(不需要太在意，与本次内容关系不大)：

S、T非同一进程:(地址切换)
 要首先切换地址映射表；
 TCB[cur].ldtr=%ldtr
 %ldtr=TCB[next].ldtr

内核级线程中的ThreadCreate

void ThreadCreate()
{
   TCB tcb=get_free_page();//因为是在内核中，所以分配不是malloc
   *krlstack=...; //内核栈
   *userstack传入;
   填写两个stack;
   tcb.esp=krlstack;//关联tcb与内核栈
   tcb.状态=就绪;
   tcb入队;
}