本文详细介绍了操作系统的线程概念，包括线程的优点、多线程模型（用户线程与内核线程）、线程库、线程取消、线程池以及线程特定数据。线程作为CPU利用率的基本单位，允许在同一进程中有多个线程，提高响应度和资源共享，减少创建和切换成本。多线程模型分为多对一、一对一和多对多模型，分别有各自的优缺点。线程池则通过预先创建的线程池来提高服务效率并限制并发线程数量。
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进程是一个正在执行的程序， 该程序是可以控制线程的。 单个进程中可以包含多个控制线程的功能。
进程是：
- 资源分配单位；
- 调度(调度)单元。
传统上，进程只有一个控制线程。
如果我们将上述两个概念分开，并允许在一个进程中有多个控制线程，我们就得到了线程。也就是说，进程被用来将资源分组在一起;线程是被调度(计划) dispatched(scheduled) 在CPU上执行的实体。
概述
线程是现代操作系统中CPU利用率的基本单位。也称为轻量级进程lightweightprocess(LWP). 。它由线程 ID、程序计数器、寄存器集合和栈组成。
传统的进程只能控制单个线程。 现代的进程可以控制多个线程，意味着可以同时做多个任务。
多线程:
- 允许在同一进程中有多个线程。
- 同一个进程中的两个线程之间可以共享代码段、数据段和其他操作系统资源，如打开文件和信号。
- 但是，一个进程中的每个线程都有一个私有线程Context(包括CPU寄存器集和其他状态信息)和一个私有堆栈。
- 是进程的一个实体；
- 是被系统独立调度和分派的基本单位；
- 自己基本不拥有资源，只拥有在运行过程中必不可少的资源（e.g. 程序计数器、寄存器、栈）；
- 可与同属于一个进程的其他线程共享进程所拥有的资源；
- 可以创建和撤销另一个线程；
- 同一进程中的多个线程可以并发执行；
- 一个进程一般拥有若干线程，至少需要一个线程；
- 进程不再是一个可执行的实体。
单线程进程和多线程进程的对比图：
一个应用程序是被独立进程控制多个线程来实现的。
现代的许多操作系统都是多线程的，少数线程在内核中运行，每个线程完成一个指定的任务，如管理设备或中断处理。
线程的优点
- 响应度高：多线程即使其部分阻塞或执行较冗长的操作，该程序仍能继续执行，从而增加了对用户的响应程度。
- 资源共享：由于同一进程中的线程默认共享内存和资源，因此它们可以彼此通信，而无需调用内核。
- 经济：创建新线程所需的时间和资源要比创建进程少得多。在同一进程中Context 切换线程所需的时间要少得多。所以创建和切换线程会更经济。
- 多处理器体系结构的利用：不管有多少CPU，单线程进程只能运行在一个CPU上。通过为每个CPU分配一个多线程，可以实现并行。
多线程模型
- 用户线程：接受内核支持，而无须内核管理，属于用户层的线程
- 内核线程：由操作系统直接支持和管理
用户线程
它在内核之外实现，作为用户空间中的线程库。它是为线程创建、调度和管理提供支持的库。就内核而言，它是管理普通的单线程进程。例子：Mach C-threads Solaris 2 UI-threads
用户线程的优点。
- 线程管理和上下文切换不需要困在内核中。这将节省许多CPU周期。
- 允许每个进程有自己的自定义调度算法。
用户线程的缺点
- 执行阻塞系统调用的任何用户级线程都会导致整个进程阻塞。即使其他线程已经准备好在进程中运行。
- 在具有多处理器的系统上，用户级的线程不能被分派并行执行。
内核线程
- 它直接由操作系统支持。内核在内核空间中执行线程创建、调度和管理。例子Windows NT / XP Solaris
现代操作系统都支持内核进程。
用户线程和内核线程之间存在三种关系：
- 多对一模型；将许多用户级线程映射到一个内核线程； 线程管理是由线程库在用户空间进行的，效率比较高；但是如果有一个线程执行了阻塞系统调用，那么整个进程会阻塞，因为在任意时刻只有一个线程能访问内核，多个线程不能并行运行在多处理器上
- 一对一模型；将每个用户线程映射到一个内核线程； 在某个线程阻塞时，能允许另一个线程继续执行；能允许多个线程能并行运行在多处理器系统上； 缺点是每创建一个用户线程就需要创建一个相应的内核线程
- 多对多模型：多路复用了许多用户线程到同样数量或更小数量的内核线程上；是上两种的优化；可以创建任意多的用户线程，并且相应内核线程能在多处理器系统上并发执行，而且当一个线程执行阻塞系统调用时，内核能调度另一个线程来执行
线程库
- 为程序员提供创建和管理线程的API
实现线程库有两种方法：
- 第一种方法：在用户空间中提供一个没有内核支持的库，此库的所有代码和数据结构都存在于用户空间，调用库中的一个函数只是导致了用户空间中的一个本地函数调用，而不是系统调用；
- 第二种方法：执行一个由操作系统直接支持的内核级的库，此时，库的代码和数据结构存在于内核空间中，调用库中的一个API函数通常会导致对内核的系统调用
目前主要三种线程库：POSIXPthread Win32 Java
线程取消
- 线程取消：在线程完成之前终止线程的任务；
要取消的线程通常称为目标线程。目标线程的取消可在如下两种情况下发生:
- 异步取消：一个线程立即终止目标线程；
- 延迟取消：目标线程不断地检查它是否应该终止，这允许目标线程有机会以有序的方式来终止自己
线程池
线程池的主要思想是：
- 在进程开始时创建一定数量的线程, 并放入到池中以等待工作。当服务器收到请求时, 它会唤醒池中的一个线程(如果有，并且可以用的线程),并将要处理的请求传递给它。一旦线程完成了服务,它会返回到池中再等待工作。如果池中没有可用的线程,那么服务器会一直等待直到有空线程为止。
线程池具有如下主要优点:
- 通常用现有线程处理请求要比等待创建新的线程要快。
- 线程池限制了在任何时候可用线程的数量。这对那些不能支持大量井发线程的系统非常重要。
线程池中的线程数量由系统CPU 的数量、物理内存的大小和并发客户请求的期望值等因素决定。
线程特定数据
同属一个进程的线程共享进程数据。有些情况下每个线程可能需要一定数据的自己的拷贝，这种数据称为线程特定数据。
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