操作系统学习笔记四 线程

概述

线程是CPU使用的基本单元，由线程ID、程序计数器、寄存器集合和栈组成。它与同一进程的其他线程共享资源，包括代码段、数据段和其他操作系统资源，如打开文件和信号。

在多线程流行之前，为了提高并发性，采用创建新进程的做法。但这样很耗时间和资源。

优点

1、响应度高

多线程增加了对用户的响应程度。有过多线程代码的经历都很容易理解这一点

2、资源共享

默认共享所属进程的内存和资源

3、经济

相对创建进程，经济实惠

4、有效利用多核或多处理器

单线程的进程只能运行在一个CPU上，但多线程可以并行运行在不同的处理器上。

多线程模型

线程分为用户线程和内核线程。用户线程和内核线程之间存在着一种关系。三种常用关系为：

1、多对一

多个用户线程映射到一个内核线程。用户线程管理在用户空间进行，效率会比较高（？这种模式，有点类似node.js，不管多少请求过来，它都是一个单线程进行轮询处理，省去线程切换的开销）。这种模式容易阻塞，并且只能使用一个CPU。

2、一对一

每个用户线程都对应一个内核线程。并发性比多对一好，缺点是开销比较大。并且内核线程数量会有所限制。

3、多对多

三种模式中，并发性最好。多对一，用户线程可以创建很多，但一次只能调度一个线程，形同没有并发性；一对一，并发性好，但线程数量受到限制；多对多，用户线程可以创建任意多，并且相应内核线程可以在多处理器上并发执行，另外衣蛾线程阻塞，可以调用另外一个。

多对多有一个变种：有时也允许将一个用户线程绑定到某个内核线程，其他用户线程仍然对应多个内核线程，称为二级模型。

多对多还有另外一个变种，就是在用户线程和内核线程之间设置一个中间数据结构，称为轻量级进程（LWP）。LWP表现为一种应用程序可以调度用户线程来运行的虚拟处理器。每个LWP与内核线程相连，该内核线程被操作系统调度到物理CPU上执行。也就是说，LWP是用来调度用户线程的？

线程库

分为用户线程库和内核线程库。用户线程只是用户空间的本地函数调用，而内核线程的调用，通常会导致内核的系统调用。

目前三种主要的线程库是：

1、POSIX Pthread

只是接口，而不是实现

2、Win32

3、Java

通常调用宿主操作系统的线程库实现

多线程问题

1、fork() 与 exec()

多线程程序中，线程调用fork()的时候，有的会复制所有线程，有的只复制调用了fork（）的线程；如果紧接着调用exec()，那么新进程从头到脚都是新的，包括所有的线程。

2、取消线程

包括

异步取消 ：一个线程立即终止目标线程（其他线程？）

和 

延迟取消：目标线程不断检查自己是否已被取消

3、信号处理

操作系统通知进程某个事件发生了。信号接收包括

同步接收：谁产生的信号发送给谁

异步接收：发送信号给其他进程。

既然信号发送给进程，那么多线程程序中，哪个线程接收和处理？

1）应用信号的线程

2）所有线程

3）某些固定线程

4）一个特定线程

4、线程池

进程创建之初，就创建一定数量线程，放入池中等待工作。需要工作时，系统唤醒其中一个，将待处理的请求交给它。一旦完成服务，它会返回到池中再等待。

优点：

1）比创建新线程要快

2）限制了线程数量，对不能支持大量并发线程的系统非常重要

5、线程数据

线程共享同一进程内的资源，但有时，线程也会有自己特定的数据。