操作系统笔记:(六)线程

本文讲解线程相关模型,先用一个例子讲解为什么需要引入线程,然后讲解线程的概念,最后讲解用户线程和内核线程

本文内容组织如下:

  • 线程的引入
  • 用户线程
  • 内核线程

线程的引入

考虑一个播放器的程序,那么我们可以怎么实现呢,先看,单进程的实现方法:
操作系统笔记:(六)线程_第1张图片

这里面会存在两个问题:

  • Read(),函数主要时间开销是在 I/O,Decompress(),时间开销主要在CPU,让CPU等待影响资源效率
  • 读的时间开销如果很大,那么解压的等待很长的时间可能会导致播放不连贯

我们再看 多进程 模型
操作系统笔记:(六)线程_第2张图片

多进程可以解决以上问题,可是也会存在一个问题:

  • 进程间通信和共享数据变得困难
  • 系统开销大,要为进程创建切换进程

由此我们引入了多线程模型

线程

线程是为了更好的并发性和共享地址空间引入的一类实体,是CPU调度的最小单元
操作系统笔记:(六)线程_第3张图片

如上图所示,每个线程有自己的 线程控制块(TCB ) 线程控制块与PCB最大的区别在于共享的数据和代码仅维护一份,而每个线程有自己的运行时堆栈和寄存器信息

线程和进程的比较

操作系统笔记:(六)线程_第4张图片

用户线程

用户线程,是在用户态的,创建,调度完全由用户管理
操作系统笔记:(六)线程_第5张图片

特点

  • 不依赖OS 内核,即OS并不感知用户态的多线程,这对OS是透明的
  • 用户态线程切换快

缺点

  1. 一个线程发起系统调用整个进程都会被阻塞
  2. 不支持基于线程的处理机抢占,除非当前运行线程主动放弃处理机,它所在进程的其他线程无法抢占CPU
  3. 只能按进程分配时间片

内核线程

操作系统笔记:(六)线程_第6张图片

OS 通过系统调用实现,有OS 统一创建管理

特点

  • 内核调度管理线程
  • 线程发起系统调用不影响同一进程下的其他线程
  • 线程是成为OS调度的基本单位

用户线程与内核线程的对应关系

操作系统笔记:(六)线程_第7张图片

第一种一对一是性能最好的,线程就是OS调度的基本单位

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