操作系统——线程

一. 什么是线程，为什么要引入线程？

1. 为什么要引入线程

在20世纪80年代中期，人们又提出了比进程更小的基本单位——线程，视图用它来提高程序并发执行的程度，以进一步改善系统的服务质量

在没有引入进程之前，系统中的各个程序只能串行执行

不能够同时使用QQ和听音乐

引入进程之后

可以同时听音乐和使用QQ

但是如果你想使用QQ进行视频聊天，同时又进行文字聊天，而且还传输文件，
这些功能，在传统的进程上是不能同时进行的，因为传统的进程是程序的一次顺序执行，只能串行的执行一系列程序。

人们希望每个进程还能够同时的做很多事情，而传统的进程只能串行的执行一系列程序，所以，人们又引入了线程，来增加并度。

2. 什么是线程

二. 线程有哪些特性呢？

1. 线程的基本特性

• 与传统进程一样，线程之间也存在共享资源和相互合作有的制约关系，这就导致线程也有中断性。进而线程在运行时就会出现以下三种状态

1. 执行状态：线程已获得处理机而正在运行
2. 就绪状态：线程以具备各种执行条件，等待CPU继续执行
3. 阻塞状态：线程在执行中因某事件受阻而处于暂停状态

• 线程状态之间切换与进程也是一样的
• 线程也有控制块（TCB）
  里面存储线程的信息记录来用于控制和管理线程

2. 传统的进程和线程进行比较

1. 调度的基本单位

    传统OS中，进程是作为独立调度和分派的基本单位，所以进程是独立运行的基本单位
    缺点：每次调度，都需要上下文切换，开销大
   
    引入进程的OS中，把线程作为调度和分派的基本单位，所以线程是独立运行的基本单位
    优点：线程切换，开销小，也不会引起进程的切换
   

2. 并发性

    进程可以并发执行
   
    引入线程的OS中，线程也可以并发执行，一个进程中的所有线程都能并发执行
   

3. 拥有资源

    进程可以拥有资源，作为系统中拥有资源的一个基本单位
   
    线程本身不能拥有系统资源，线程只具备一点资源（控制线程的线程控制块TCB、用于指示被执行指令序列的程序计数器、一组寄存器、堆栈）
    多个线程允许共享该进程所拥有的资源（原因是：属于同一进程的所有线程都具有相同的地址空间）
   

4. 独立性

    每个进程拥有一个独立的地址空间和其他资源，除了共享全局变量外，不允许其他进程的访问
   
    同一个进程中的不同线程之间的独立性比不同进程之间的独立性低。
    原因是：同一个进程之间的线程可以相互合作，共享进程的内存地址空间和资源
   

5. 系统开销

    创建和撤销进程的开销大
    进程的上下文切换开销大
    
    创建和撤销线程的开销小
    线程之间同步和通信简单，无需OS内核干预
   

6. 支持多处理机系统

    在多处理机系统中，传统的进程，即单线程进程，不管有多少个处理机，该进程只能运行在一个处理机上
   
    多线程进程，可以将一个进程中多个线程分配到多个处理机上，使他们并行执行
   

3. 引入线程机制后，产生的变化

4. 多线程操作系统的特点

进程已不再是可执行的实体，在多线程OS中，把线程作为独立运行（调度）的基本单位

虽然是这样，但进程任然具有与执行相关的状态

如：进程处于执行状态，实际上是指进程中的某线程正在执行
    对进程施加的与进程状态有关的操作也对其线程起作用（挂起进程，就是把进程中的所有线程都挂起了）

5. 通过以上总结线程的属性

三. 线程的实现方式

线程已在许多系统中实现，但各系统的实现方式并不完全相同。
在有的系统中，特别是一些数据库管理系统，实现的是用户级线程

如infomix

另外一些系统实现的是内核支持线程

如Macintosh和OS/2操作系统

还有些系统则同时实现这两种类型的线程

如Solaris操作系统

1. 用户级线程

2. 内核级线程

3. 同时支持用户级线程和内核级线程

在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中，由于几个用户级线程映射到几个内核级线程的问题引出了“多线程模型”问题

1. 多对一模型
   

2. 一对一模型
   

3. 多对多模型