操作系统：线程总结

日期：2019/5/3

关键词：操作系统；线程。

一、线程与进程

进程的特点：

关键点：

线程的优点：

2大类：用户级线程（User Level Thread）和内核级线程（Kernel Level Thread）。

ULT线程管理由应用程序完成，内核意识不到线程的存在。（通信、调度等通过线程库实现）

ULT线程调度与进程调度的关系，也是ULT与KLT的本质区别。

	初始状态：线程库中：线程2运行 OS内核中：进程B运行
	假设1：线程2进行了一个将会阻塞进程B的系统调用（例如IO操作）。那么：内核把B阻塞，切换到另外一个进程。但在线程库的角度看来，线程2仍处于运行状态。（但从CPU的角度看，不是真的运行）
	假设2：时钟中断到来，B用完其时间片，内核进行进程切换，B从运行转为就绪。但在线程库的角度看来，线程2仍处于运行状态。
	假设3：线程2运行到需要线程1执行某些动作的一个点。（例如，1负责数据输入，2负责计算和输出这种情况）线程2阻塞，线程库调度线程1运行。

总结：

ULT优点：

ULT缺点：

纯KLT下，线程管理由内核完成，应用级没有线程管理的代码（只提供API）。

如上图4.5(b)，此时内核的调度单位是线程，一个线程阻塞，其他线程仍然在真的执行（前提CPU是多核）。

但线程调度需要陷入内核，时间花销更大。

一组对比实验：

Linux中的进程/任务由一个task_struct表示，它包含以下信息：

进程的状态（执行、就绪、挂起、停止、僵死）
调度信息：一个进程可能是普通或实时的，并具有优先级，实时进程在普通进程之前调度。
标识符：PID，用户标识符和组标识符。组标识符用于给一组进程指定资源访问权。
进程通信：支持Unix SVR4通信。
链接：到达父子进程的链接。
时间和计时器：包括进程创建时刻和进程消耗CPU的时间总量。一个进程还可以有若干个间隔计时器，通过系统调用来定义，计时器满，OS会给该进程发送一个信号。计时器可以只使用一次或者多次。
文件系统：包括被该进程打开的任何文件的指针和指向该进程当前目录的指针。
地址空间：定义分配给该进程的虚拟地址空间。
CPU专用上下文：寄存器、栈指针。

传统Linux内核：

单线程进程，不支持多线程
多线程程序需要用户线程库实现（也就是纯ULT策略），最著名的就是pthread库了。（所以即使在多核CPU环境下，使用pthread库写的多线程排序时间效率上并不比单线程好，因为这种情况下CPU调度进程（在CPU看来这个进程只有一个线程），实际上就是多个线程轮流使用CPU的某个核）

现代Linux内核：

fork底层是通过clone系统调用实现，将所有标志位清零。标志位如下：

当进行进程切换时，内核先检查当前进程的页目录地址是否与被调度的进程相同。若相同，则他们共享一个地址空间，此时上下文切换仅仅是PC指针的跳转。注意：clone可以使同一个进程组的克隆进程共享同一内存空间，但不能共享同一个用户栈，每个clone进程都有独立的栈。

posted @ 2019-05-04 15:11 sinkinben 阅读(1431) 评论(0) 编辑收藏举报

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	初始状态：线程库中：线程2运行 OS内核中：进程B运行
	假设1：线程2进行了一个将会阻塞进程B的系统调用（例如IO操作）。那么：内核把B阻塞，切换到另外一个进程。但在线程库的角度看来，线程2仍处于运行状态。（但从CPU的角度看，不是真的运行）
	假设2：时钟中断到来，B用完其时间片，内核进行进程切换，B从运行转为就绪。但在线程库的角度看来，线程2仍处于运行状态。
	假设3：线程2运行到需要线程1执行某些动作的一个点。（例如，1负责数据输入，2负责计算和输出这种情况）线程2阻塞，线程库调度线程1运行。