2017年9月27日
17:44
写在前面
本笔记仅仅是本人在上课时的一些随手记录，并不完整也不完全正确。
如有错误，请在评论中或直接联系我指正，谢谢！
提高系统运行效率
相比进程更加轻量化
对于任务切换：
每次分配资源越多越好，避免频繁分配
每次调度的基本单位越小越好
对于上图，显然B效率更高
Main idea
Separate the allocation and scheduling of the process resource
The concept of threads is introduced.
目的：
一次性分配充足资源——避免频繁分配资源
降低调度单位，提高并发性
原因：
系统开销
切换线程比进程所需时间少很多
通讯
进程间通讯费时且不便利
统一进程下线程交换信息高效便捷
定义：
线程
- 有时称轻量进程
- 进程中的一个运行实体
- 是一个CPU调度单位
- 资源的拥有者是进程或称任务
- 可由内核控制，也可由用户控制
也描述为：进程的执行体、一个执行单元、进程内的一个可调度实体等。
基本不拥有系统资源，存取所在进程的内存和其他资源
只包含一些如程序计数器，寄存器和一组栈
TCB（线程控制块）
不运行时保存上下文
TCB：
- CPU执行状态：寄存器，PC，堆栈指针
- 调度信息
- 统计信息
- 队列指针
多线程实现机制
用户级线程
- 通过库函数直接编程，对程序员友好(Pthread)
- 仅存在于用户空间中
- 许多功能无需系统调用，切换无需内核管理，切换规则简单
优点
- 不调用内核
- 调度由应用程序特定：可以选择最好的算法
- 可以运行在任何操作系统上（只需线程库）（可移植性）
缺点
- 许多系统调用形成阻塞
- 统一进程中两个线程不能同时运行于两个处理器上
- 只适合单CPU
内核级线程
优点
- 可调度一个进程中的多个线程，可同时再多核cpu上运行
- 其中一个阻塞不影响其他线程
- 内核本身可以以线程方式实现多处理器的处理功能，内核可以同时调度同一进程的多个线程
- 阻塞是在线程一级完成
- 内核例程是多线程的
缺点
- 线程调度在内核态下运行，应用程序在用户态下运行
- 控制过程中需要内核态和用户态的两次模式切换
- 同一进程内的线程切换调用内核，导致速度下降
模型：
多对一
- 一般在不支持内核级进程的机器上运行
- 线程管理在用户空间完成，所以它的效率比较高。
- 如果一个线程调用了导致阻塞的系统调用的话，那么将阻塞整个进程。
一对一
- 保持了更好的并发性
- 创建内核线程的开销会加重应用程序的负担，所以这种模型的大多数实现都要限制系统支持的线程数量。
多对多
- 集合了上两者的优点
- 然而对操作系统的实现上会比较复杂困难
- 多对多模型将用户级线程多路映射到内核线程，映射的内核线程数量可以与之相等或更少。
- 多对一模型允许开发者创建任意多个用户线程。但是，因为内核一次只能调度一个线程，所以并不能获得真正的并行性。
轻量级进程（LWP）
是一种实现多任务的方法。与普通进程相比，LWP与其他进程共享所有（或大部分）它的逻辑地址空间和系统资源
与线程相比，LWP有它自己的进程标识符，优先级，状态，以及栈和局部存储区，并和其他进程有着父子关系；
LWP的一个重要作用是提供了一个用户级线程实现的中间系统。LWP可以通过系统调用获得内核提供的服务，因此，当一个用户级线程运行时，只需要将它连接到一个LWP上便可以具有内核支持线程的所有属性。
进程库
给程序员提供API来创建管理线程
有两种主要实现方式
把库完全放在用户空间
OS支持的内核级库