操作系统：线程的基本概念

线程是操作系统调度的基本单位，它可以视为进程的一个控制流。一个进程包含1个到多个线性，进程的第一个线程随着进程的启动而创建，也就是进程的主线程。线程无法独立于进程存在。

每个线程拥有自己的线程栈，用于存储自己的私有数据。线程之间共享进程的许多资源，包括代码段、数据段、堆、信号处理函数、进程已经打开的文件描述符表等等。

一、线程的描述符（TCB）

线程控制块（TCB）也即线程描述符

每个线程拥有自己的标识，成为线程ID或者TID。理论上TID只需在所属进程范围内唯一即可，不过实际Linux系统在系统范围内保证了TID唯一。

二、线程的控制

一个进程内所有线程之间的关系是平等的，任何线程都可以对同一进程的其他线程进行如下管理：

操作类型	系统调用	说明
创建线程	pthread_create	创建新线程时，调用线程需要给定新线程要执行的函数和对应的参数。该函数的返回值可以通过连接新线程得到。新线程创建成功，调用线程会得到新线程的ID。
终止线程	pthread_cancel	请求终止某个线程。它向目标线程发送一个终止执行的请求后立刻返回，目标线程收到请求后，在适当的时机响应终止请求。
连接以终止的线程	pthread_join	等待目标线程终止，并获取目标线程执行函数的返回值。如果一个线程可被连接，那么在终止的时候就必须连接，否则就变成僵尸线程，造成资源浪费。
分离线程	pthread_detach	将目标线程变得不可连接，默认情况线程是可被连接的。分类操作不可逆。对分离的线程任可执行终止操作。
退出线程	pthread_exit exit	目标线程终止，其他线程正常运行。进程以及所有相关线程全部终止。

三、线程的状态

线程的状态转移如图所示：

线程进入阻塞态一般包括以下几个原因：等待IO操作完成，等待未收到的信号量、等待获得互斥量、等待某个条件变量等等。

四、线程的调度

使用优先级队列来进行线程的调度。优先级队列是若干链表组成的数组，每个链表表示相同优先级的线程。

每个CPU包含两个优先级队列：一个是存放等待运行的线程，另一个是过期的优先级队列。

系统总是从激活的优先级队列中选择下一个要运行的线程，如果某个线程Ａ运行了相当长的时间，且激活的优先级队列中有相同优先级的线程Ｂ在等待，则将线程A放入过期的优先级队列，CPU运行线程B。

如果激活的优先级队列中没有等待运行的线程时，则将两个优先级队列身份互换，激活的转为过期的，过期的转为激活的。

只有处在运行态和就绪态的线程才能把被调度，处于睡眠状态的线程无法被调度，将会被移除出优先级队列。

对于多CPU的计算机而言，一般情况下，一个线程总是在一个特定CPU上调度运行。但是当某些CPU过于忙碌，而某些CPU有很空闲，调度器就会把一些线程从忙碌的CPU上调度到空闲的CPU上。

五、线程模型

内核调度实体（Kernel Scheduling Entity，KSE）是可以被内核调度器调度的对象。

用户级线程、内核级线程、两级线程。

	用户级线程	内核级线程	两级线程
实现原理	用户级线程库自主管理和协调线程，内核不可见。	内核负责线程的创建和管理	线程库通过内核创建若干内核级线程，利用内核级线程对用户级线程进行调度。
管理对象	用户级的线程库	操作系统内核	用户级的线程库和内核共同管理
是否需要切换特权级别	否	是	是
与KSE关系	多对一（M：1）	一对一（1：1）	多对多（M：N）
优点	不需要内核参与，速度快，移植性高。	实现真正的并发运行，一个线程被阻塞，不会影响到其他线程。	真正的并发运行。内核资源消耗少。线程管理效率高。
缺点	无法正真的并发运行，一个线程被阻塞，整个进程也会被阻塞。对于内核调度器而言，任然是以进程为单位进行调度。	内核资源消耗大。调度速度慢，需要切换到内核态。一个进程的线程数量有限制。	实现复杂，需要线程库和内核共同协作。

线程安全性和可重入性

线程安全性：一个代码块（函数）可以被多个线程并发执行，而且总能够产生预期的结果，那么该代码块具有线程安全性。

可重入性：如果进程中所以线程都可以并发的对一个函数调用，并且无论执行的情况如何，该函数都可以产生预期的结果，那么这个函数是可重入的。

六、进程和线程区别

Ⅰ 拥有资源

Ⅱ 调度

Ⅲ 系统开销

由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、I/O 设备等，所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销。类似地，在进行进程切换时，涉及当前执行进程 CPU 环境的保存及新调度进程 CPU 环境的设置，而线程切换时只需保存和设置少量寄存器内容，开销很小。

Ⅳ 通信方面

posted @ 2020-05-20 16:53 skyliulu 阅读(260) 评论(0) 编辑收藏举报

刷新页面返回顶部