文章目錄

• • • 2.1.5 線(xiàn)程概念與多線(xiàn)程模型
    • • 2.1.5.1 線(xiàn)程的來(lái)源
      • 2.1.5.2 線(xiàn)程機(jī)制帶來(lái)的變化
      • 2.1.5.3 線(xiàn)程的屬性
      • 2.1.5.4 線(xiàn)程的實(shí)現(xiàn)方式
      • 2.1.5.5 多線(xiàn)程模型
      • 2.1.5.6 小結(jié)

2.1.5 線(xiàn)程概念與多線(xiàn)程模型

2.1.5.1 線(xiàn)程的來(lái)源

在很久以前還沒(méi)有引入進(jìn)程之前，系統(tǒng)中的各個(gè)程序只能串行執(zhí)行。比如你想要邊聽(tīng)歌邊開(kāi)QQ，這是不可能做到的，只能先做一件事再做一件事。

后來(lái)引入進(jìn)程后，系統(tǒng)中的各個(gè)程序可以并發(fā)執(zhí)行。也就是說(shuō)，可以同時(shí)聽(tīng)歌和開(kāi)QQ。但是，即使引入了進(jìn)程，也不能在QQ中同時(shí)視頻聊天和傳輸文件。這是因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)每一次執(zhí)行都是按照進(jìn)程為單位來(lái)執(zhí)行的。

從上面的例子來(lái)看，進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行。但是這些功能顯然不可能是由一個(gè)程序順序處理就能實(shí)現(xiàn)的。

有的進(jìn)程可能需要“同時(shí)做很多事”，而傳統(tǒng)的進(jìn)程只能串行地執(zhí)行一系列程序。為此，引入了線(xiàn)程來(lái)提高并發(fā)度。

在傳統(tǒng)中，進(jìn)程是程序執(zhí)行流的最小單位，也就是說(shuō)，CPU每次執(zhí)行任務(wù)，最少執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程。而后在現(xiàn)在，CPU每次執(zhí)行任務(wù)，最少執(zhí)行一個(gè)線(xiàn)程，線(xiàn)程是進(jìn)程的子集。也就是說(shuō)，引入線(xiàn)程后，線(xiàn)程成為了程序執(zhí)行流的最小單位。

綜上所述，我們可以把線(xiàn)程理解為“輕量級(jí)進(jìn)程”。線(xiàn)程是一個(gè)基本的CPU執(zhí)行單元，也是程序執(zhí)行流的最小單位。引入線(xiàn)程之后，不僅是進(jìn)程之間可以并發(fā)，進(jìn)程內(nèi)的各線(xiàn)程之間也可以并發(fā)，從而進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的并發(fā)度，使得一個(gè)進(jìn)程內(nèi)也可以并發(fā)處理各種任務(wù)（如QQ視頻、文字聊天、傳文件）。引入線(xiàn)程后，進(jìn)程只作為除CPU之外的系統(tǒng)資源的分配單元（如打印機(jī)、內(nèi)存地址空間等都是分配給進(jìn)程的）。

2.1.5.2 線(xiàn)程機(jī)制帶來(lái)的變化

資源分配、調(diào)度并發(fā)性系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)

傳統(tǒng)進(jìn)程機(jī)制中，進(jìn)程是資源分配、調(diào)度的基本單位	傳統(tǒng)進(jìn)程機(jī)制中，只能進(jìn)程間并發(fā)	傳統(tǒng)的進(jìn)程間并發(fā)，需要切換進(jìn)程的運(yùn)行環(huán)境，系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)很大。
引入線(xiàn)程后，進(jìn)程是資源分配的基本單位，線(xiàn)程是調(diào)度的基本單位	引入線(xiàn)程后，各線(xiàn)程間也能并發(fā)，提高了并發(fā)度	線(xiàn)程間并發(fā)，如果是同一進(jìn)程內(nèi)的線(xiàn)程切換，則不需要切換進(jìn)程環(huán)境，系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)小，也就是說(shuō)引入線(xiàn)程后，并發(fā)所帶來(lái)的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)減小。

切換進(jìn)程環(huán)境的類(lèi)比：

去圖書(shū)館看書(shū)。

切換進(jìn)程運(yùn)行環(huán)境 = 有一個(gè)不認(rèn)識(shí)的人要用桌子，你需要把你的書(shū)（運(yùn)行環(huán)境）收走，他把自己的書(shū)（運(yùn)行環(huán)境）放到桌上。

同一進(jìn)程內(nèi)的線(xiàn)程切換 = 你的舍友要用到這張書(shū)桌，可以不把桌子上的書(shū)收走，因?yàn)榇蠹冶舜苏J(rèn)識(shí)（屬于同一個(gè)進(jìn)程）。

2.1.5.3 線(xiàn)程的屬性

2.1.5.4 線(xiàn)程的實(shí)現(xiàn)方式

用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程由應(yīng)用程序通過(guò)線(xiàn)程庫(kù)實(shí)現(xiàn)。所有的線(xiàn)程管理工作都由應(yīng)用程序負(fù)責(zé)（包括線(xiàn)程切換）。用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程中，線(xiàn)程切換可以在用戶(hù)態(tài)下即可完成，無(wú)需操作系統(tǒng)干預(yù)。在用戶(hù)看來(lái)，是有多個(gè)線(xiàn)程；但是對(duì)于操作系統(tǒng)內(nèi)核來(lái)說(shuō)，并意識(shí)不到線(xiàn)程的存在。即用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程對(duì)用戶(hù)不透明，對(duì)操作系統(tǒng)透明。

內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程（Kernel-Level Thread,KTL，又稱(chēng)為“內(nèi)核支持的線(xiàn)程”）

內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程的管理工作由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成。線(xiàn)程調(diào)度、切換等工作都由內(nèi)核負(fù)責(zé)，因此內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程的切換必然需要在核心態(tài)下才能完成。

在同時(shí)支持用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程和內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程的系統(tǒng)中，可采用兩者組合的方式：將n個(gè)用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程映射到m個(gè)內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程上（n>=m）

需要重點(diǎn)關(guān)注的是：操作系統(tǒng)只“看得見(jiàn)”內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程，因此只有內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程才是處理機(jī)分配的單位。

拿上面的映射圖來(lái)說(shuō)，該進(jìn)程由兩個(gè)內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程和三個(gè)用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程構(gòu)成，在用戶(hù)看來(lái)，這個(gè)進(jìn)程中有三個(gè)線(xiàn)程。但即使該進(jìn)程在一個(gè)4核處理機(jī)的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，也最多只能被分配到兩個(gè)核，最多只能有兩個(gè)用戶(hù)線(xiàn)程并行執(zhí)行。

2.1.5.5 多線(xiàn)程模型

在同時(shí)支持用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程和內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程的系統(tǒng)中，由幾個(gè)用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程映射到幾個(gè)內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程的問(wèn)題引出了“多線(xiàn)程模型”問(wèn)題。

多對(duì)一模型

多個(gè)用戶(hù)及線(xiàn)程映射到一個(gè)內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程。每個(gè)用戶(hù)進(jìn)程只對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程。

優(yōu)點(diǎn)：用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程的切換在用戶(hù)空間即可完成，不需要切換到核心態(tài)，線(xiàn)程管理的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)小，效率高。

缺點(diǎn)：當(dāng)一個(gè)用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程被阻塞后，整個(gè)進(jìn)程都會(huì)被阻塞，并發(fā)度不高。多個(gè)線(xiàn)程不可在多核處理機(jī)上并行運(yùn)行。

一對(duì)一模型

一個(gè)用戶(hù)及線(xiàn)程映射到一個(gè)內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程。每個(gè)用戶(hù)進(jìn)程有與用戶(hù)級(jí)線(xiàn)程同數(shù)量的內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程。

優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)一個(gè)線(xiàn)程被阻塞后，別的線(xiàn)程還可以繼續(xù)執(zhí)行，并發(fā)能力強(qiáng)，多線(xiàn)程可在多核處理機(jī)上并行執(zhí)行。

缺點(diǎn)：一個(gè)用戶(hù)進(jìn)程會(huì)占用多個(gè)內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程，線(xiàn)程切換由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成，需要切換到核心態(tài)，因此線(xiàn)程管理的成本高，開(kāi)銷(xiāo)大。

多對(duì)多模型

n用戶(hù)線(xiàn)程映射到m個(gè)內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程（n>=m）。每個(gè)用戶(hù)進(jìn)程對(duì)于m個(gè)內(nèi)核級(jí)線(xiàn)程。

其克服了多對(duì)一模型和一對(duì)多模型的缺點(diǎn)。

2.1.5.6 小結(jié)

這一小節(jié)的知識(shí)點(diǎn)易作為選擇題考查。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的王道操作系统考研笔记——2.1.5 线程概念与多线程模型的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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