《计算机操作系统》——线程、多线程模型

线程、多线程模型

引入线程的原因

  有的进程可能需要“同时”做很多事情，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。

引入线程之后的变化

• 资源分配、调度：传统的进程是程序执行流的最小单位，但在引入线程后，线程成了基本的CPU执行单元、程序执行流的最小单位、调度和分派的基本单位。进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单位（如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的）。
• 并发性：传统的进程机制中，只能进程间并发。引入线程之后，不仅是进程之间可以并发，进程内的各个线程之间也可以并发，从而进一步提升了系统的并发度。
• 系统开销：传统的进程间并发，需要切换进程的运行环境，系统开销很大。而线程间并发，如果是统一进程之内的线程切换，则不需要切换进程环境，系统开销小。创建或撤销线程比操作进程的代价更小。

线程的属性

线程的实现方式

用户级线程ULT：
  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完成，无需操作系统干预。
  在用户看来有多个线程，但在操作系统内核看来，并意识不到线程的存在。

内核级线程KST：
  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。
  内核级线程就是操作系统内核视角能看到的线程。
  操作系统只能看到内核级线程，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。多个线程不可能在多核处理机上并行运行。

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。多线程可在多喝处理机上并行执行。
  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。

多对多模型
  n用户级线程映射到m个内核级线程（n>m）。每个用户级线程对应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太多内核级线程，开销太大的缺点。