线程概念 多线程模型
什么是线程,为什么要引入线程?
还没引入进程之间,系统中各个程序只能串行执行。
进程是程序性的一次执行,但是这写功能显然不可能是由一个程序顺序处理就能实现的。
有的进程可能需要“同时”做很多事,而传统的进程只能串行地执行一系列程序。为此,引入了“线程”,来增加并发度。
传统的进程是程序执行流的最小单位
引入线程后,线程成为了程序执行流的最小单位
线程是一个基本的CPU执行单元,也是程序执行流的最小单位
引入线程之后,不仅是进程之间可以并发,进程内的各线程之间也可以并发,从而进一步提升了系统的并发度,使得一个进程内也可以并发处理各种任务。
引入线程后,进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元。
线程的实现方式
用户级线程
用户级线程由应用程序通过线程库实现。
所有的线程管理工作都由应用程序负责(包括线程切换)
用户级线程中,线程切换可以在用户态下即可完成,无需操作系统干预。
在用户看来,是有多个线程。但是在操作系统内核看来,并意味不到线程的存在。(用户级线程对用户不透明,对操作系统透明)
可以这样理解,“用户级线程”就是“从用户的视角可以看到的线程”。
内核级线程
内核级线程的管理工作由操作系统内核完成。线程调度、切换等工作都由内核负责,因此内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成。
可以这样理解,“内核级线程”就是“从操作系统内核视角能看到的线程”
在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中,可采用二者组合的方式:将n个用户级线程映射到m个内核级线程上(n>=m)
重点
操作系统只“看得见”内核级线程,因此只有内核级线程才是处理机分配的单位。
例如上边这个模型,该进程由两个内核级线程,三个用户级线程,在用户看来,这个进程中有三个线程。但即使该进程在一个4核处理机的计算机上运行,也最多只能被分配到两个核,最多只能有两个线程并行执行。
多线程模型
在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中,由几个用户级线程映射到几个内核级线程的问题引出了“多线程模型”问题。
多对一模型:多个用户级线程映射到一个内核级线程。每个用户进程只对应一个内核级线程。
优点:用户级线程的切换在用户空间即可完成,不需要切换到核心态,线程管理的系统开销小,效率高
缺点:当一个用户级线程被阻塞后,整个进程都会被阻塞,并发度不高。多个线程不可再多核处理机并行运行。
一对一模型:一个用户级线程映射到一个内核级线程。每个用户进程有与用户级线程同数量的内核级线程。
优点:当一个线程被阻塞后,别的线程还可以继续执行,并发能力强。多线程可在多核处理机上并行执行。
缺点:一个用户进程会占用多个内核级线程,线程切换由操作系统内核完成,需要切换到核心态,因此线程管理的成本高,开销大。
多对多模型:n用户级线程映射到m个内核级线程(n>=m)。每个用户进程对应m个内核级线程。
优点:克服了多对一模型并发度不高的缺点,又克服了一对一模型中一个用户进程占用太多内存核级线程,开销太大的缺点。