【线程概念和多线程模型】

2.1.5 线程概念和多线程模型

1 什么是线程，为什么要引入线程？

还没引入进程之前，系统中各个程序只能串行执行。
有的进程可能需要“同时”做很多事，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。

传统的进程是程序执行流的最小单位。而在引入线程后，线程成为了程序执行流的最小单位。

可以把线程理解为“轻量级进程”。 线程是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单位。
引入线程之后，不仅是进程之间可以并发，进程内的各线程之间也可以并发，从而进一步提升了系统的并发度，使得一个进程内也可以并发处理各种任务（如QQ视频、文字聊天、传文件）
以内线程后，进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元（如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的）。

2 引入线程机制后，有什么变化？

3 线程的属性

4 线程的实现方式

• 用户及线程（User-Level Thread， 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，线程切换在用户态下即可完成，无需操作系统干预。
  在用户看来,是有多个线程。但是在操作系统内核看来，并意识不到线程的存在。（用户级线程对用户不透明，对操作系统透明)。
  可以这样理解，“用户级线程”就是“从用户视角看能看到的线程”。

• 内核级线程（Kernel-Level Thread,KLT,又称“内核支持的线程”）
  
  内核级线程的管理工作由操作系统内核完成。线程调度、切换等工作都有内核负责，因此内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成。
  可以这样理解，“内核级线程”就是“从操作系统内核视角看能看到的线程”。

在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中，可采用二者组合的方式:将n个用户级线程映射到m个内核级线程上 （ n >= m)
重点：操作系统只“看得见”内核级线程，因此只有内核级线程才是处理机分配的单位。

例如:上图这个模型中，该进程由两个内核级线程，三个用户级线程,在用户看来，这个进程中有三个线程。但即使该进程在一个4核处理机的计算机上运行，也最多只能被分配到两个核,最多只能有两个用户线程并行执行。

在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中，由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。

5 多线程模型

1. 多对一模型

多个用户级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：当一个用户及线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞，并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行。

2. 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。多线程可在多核处理机上并行执行。
• 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。

为了解决上述问题，提出了多对多模型。
3. 多对多模型

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