操作系统 - 线程

之前已经讨论过进程了，现在讨论线程。我在想如何用现实中的具体事物来比较进程和线程的关系。

举个我认为较恰当的例子。把进程比作一个工厂中的车间，车间中有若干个生产线，但是每条生产线都需要不同的零件，原料和员工。零件，原料和员工，是所有生产线都可以共同使用的资源。这里就把生产线当做线程吧。这样，每条生产线就只用管自己的生产过程。

就如讨论进程一样，这里还是列举一下线程所包含的实体。

Program counter

Register

Statck

State

不难发现，线程关心的只是下一刻CPU执行所需的必要实体，只需要知道PC等寄存器的信息，当前栈指针，不用关心我有没有子进程啊，我的地址空间在哪里，我打开了什么文件等等的信息。因为这些信息CPU已经知道了。

为什么要使用线程

在《现代操作系统》中已经说明了使用线程的种种优势，很容易就能看明白。其实根据上文，也能猜到答案。这里就不用说明了。

线程实现的方式

线程可以在内核中实现，也可以在用户空间实现。我自己的理解是这样的：在内核中实现就是操作系统提供线程支持；在用户空间中实现就是用户自己实现。本来以为JVM的线程就是在用户空间上实现的，但是搜了一下，貌似Linux平台下是调用Pthred库实现的。这里还是深入学习一下这两种线程的实现方式，为以后的工作和学习打下基础，说不定什么时候就用上了。看了几遍《现代操作系统》中的相关章节，可是自己还是云里雾里的，不是很清楚，这一次就好好的搞明白（不一定搞的明白，目前还没有接触过用户空间实现的线程，也许是我孤陋寡闻）。

用户空间实现线程

在这种情况下，内核不知道线程的存在。当一个进程中的线程执行完毕，不需要进行系统调用（Trap），不需要进行上下文交换，所以线程的切换非常快。

但是在发生I/O中断的时候，必须要内核去处理了。那么问题来了，内核会锁住当前线程所在的进程，因为内核不知道线程的存在，只知道进程。解决这个办法有点麻烦。《现代操作系统》中提出了一个解法，在某些UNIX版本中有一个select系统调用，它可以判断I/O操作是否会阻塞。如果阻塞就不执行I/O操作。这样run-time system（用的英文版教材，很多术语不会翻译或者乱翻译，囧）就知道是执行I/O，还是执行该进程的其它进程。

内核实现线程

内核实现线程和进程区别不大。但是在线程被销毁时，内核并不会销毁线程的数据结构，只是会标记该线程是不可执行的。这样，当新线程被创建时，覆盖不可执行的线程的数据，效率大大的提高了。

还有一个问题，当一个多线程的进程执行fork时，子进程是否需要复制父进程的所有线程还是个别线程，如何操作。这个，因为很少接触Linux下的C编程，所以暂时放在这里吧。

进程和线程的区别

面试的时候，这个问题可能是问的最多的，可以考察归纳能力和是否理解进程和线程。这里给出自己的理解。

首先，进程是操作系统资源分配和调度的基本单元，它包含了程序能够执行的必要资源。而线程也叫做轻权进程，只拥有CPU执行所需的必要资源。没有进程，线程无法单独执行。

其次，进程的执行一般是线程的，一条道走到黑。线程只是进程执行的不同路径，并发的执行。

就写这么多吧。

欢迎大家一起交流和学习啊。

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