线程概念 多线程模型

线程概念 多线程模型

什么是线程，为什么要引入线程？

还没引入进程之间，系统中各个程序只能串行执行。

进程是程序性的一次执行，但是这写功能显然不可能是由一个程序顺序处理就能实现的。

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

引入线程后，线程成为了程序执行流的最小单位

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。

引入线程后，进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元。

线程的实现方式

用户级线程

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，并意味不到线程的存在。（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“从用户的视角可以看到的线程”。

内核级线程

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。

可以这样理解，“内核级线程”就是“从操作系统内核视角能看到的线程”

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。

例如上边这个模型，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，最多只能有两个线程并行执行。

多线程模型

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。

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。多个线程不可再多核处理机并行运行。

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。

多对多模型：n用户级线程映射到m个内核级线程（n>=m）。每个用户进程对应m个内核级线程。

​ 优点：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存核级线程，开销太大的缺点。