整體框架

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1、什么是線程，為什么要引入線程？

還沒有引入進程之前，各個程序只能串行執(zhí)行

進程是程序的一次執(zhí)行過程，但這些功能顯然不可能是由一個程序順序處理就能實現(xiàn)的

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有的進程可能需要 “同時” 做很多事，而傳統(tǒng)的進程只能串行地執(zhí)行一系列程序。

為此，引入了 “線程”，來增加并發(fā)度。

引入線程后，線程成為了程序執(zhí)行流的最小單位

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可以把線程理解為 “輕量級進程” 。

線程 \color{red}線程 線程是一個 基本的 CPU 執(zhí)行單元 \color{red}基本的\texttt{CPU}執(zhí)行單元 基本的CPU執(zhí)行單元，

• 也是 程序執(zhí)行流的最小單位 \color{red}程序執(zhí)行流的最小單位 程序執(zhí)行流的最小單位。

引入線程之后，不僅是進程之間可以并發(fā)，

• 進程內(nèi)的 各線程之間 \color{red}各線程之間 各線程之間也可以 并發(fā) \color{red}并發(fā) 并發(fā)，

  從而進一步 提升了系統(tǒng)的并發(fā)度 \color{red}提升了系統(tǒng)的并發(fā)度 提升了系統(tǒng)的并發(fā)度，

  使得一個進程內(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)

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引入線程后， 進程 \color{red}進程 進程只作為 除 CPU 之外的系統(tǒng)資源的分配單元 \color{red}除\texttt{CPU}之外的系統(tǒng)資源的分配單元 除CPU之外的系統(tǒng)資源的分配單元

• （如打印機、內(nèi)存地址空間等都是分配給進程的）。

即：進程只作為分配資源的基本單位，而將線程作為調(diào)度的基本單位

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2、引入線程帶來的變化

3、線程的屬性

例如：從 QQ 聊天窗口跳到 b 站視頻就是不同進程之間線程的切換

4、線程的實現(xiàn)方式 4.1、用戶級線程(User-Level Thread,ULT)

用戶級線程由應用程序通過線程庫實現(xiàn)。

所有的 線程管理工作 \color{red}線程管理工作 線程管理工作都由 應用程序負責 \color{red}應用程序負責 應用程序負責（包括線程切換)

用戶級線程中，

• 線程切換 \color{red}線程切換 線程切換可以在 用戶態(tài)下即可完成 \color{red}用戶態(tài)下即可完成 用戶態(tài)下即可完成，

  無需操作系統(tǒng)干預。

在用戶看來，是有多個線程。但是在操作系統(tǒng)內(nèi)核看來，并意識不到線程的存在。

• （用戶級線程對用戶不透明，對操作系統(tǒng)透明)

可以這樣理解，“ 用戶級線程 \color{red}用戶級線程 用戶級線程” 就是 “ 從用戶視角看能看到的線程 \color{red}從用戶視角看能看到的線程 從用戶視角看能看到的線程”

4.2、內(nèi)核級線程(Kernel-Level Thread, KLT)

又稱 “內(nèi)核支持的線程”

內(nèi)核級 線程的管理工作 \color{red}線程的管理工作 線程的管理工作由 操作系統(tǒng)內(nèi)核 \color{red}操作系統(tǒng)內(nèi)核 操作系統(tǒng)內(nèi)核完成。

線程調(diào)度、切換等工作都由內(nèi)核負責，

• 因此 內(nèi)核級線程的切換 \color{red}內(nèi)核級線程的切換 內(nèi)核級線程的切換必然需要在 核心態(tài) \color{red}核心態(tài) 核心態(tài)下才能完成。

可以這樣理解，“ 內(nèi)核級線程 \color{red}內(nèi)核級線程 內(nèi)核級線程”就是 “ 從操作系統(tǒng)內(nèi)核視角看能看到的線程 \color{red}從操作系統(tǒng)內(nèi)核視角看能看到的線程 從操作系統(tǒng)內(nèi)核視角看能看到的線程”

4.3、二者組合

在同時支持用戶級線程和內(nèi)核級線程的系統(tǒng)中，可采用二者組合的方式:

將n個用戶級線程映射到m個內(nèi)核級線程上（n >= m）

重點重點重點 \color{red}重點重點重點 重點重點重點：

操作系統(tǒng)只 “看得見” 內(nèi)核級線程，

• 因此只有 內(nèi)核級線程才是處理機分配的單位 \color{red}內(nèi)核級線程才是處理機分配的單位 內(nèi)核級線程才是處理機分配的單位。

例如：

上述這個模型中，該進程由兩個內(nèi)核級線程，三個用戶級線程，在用戶看來，這個進程中有三個線程。

• 但即使該進程在一個 4 核處理機的計算機上運行，也最多只能被分配到兩個核，最多只能有兩個用戶線程并行執(zhí)行。

5、多線程模型

在同時支持用戶級線程和內(nèi)核級線程的系統(tǒng)中，由幾個用戶級線程映射到幾個內(nèi)核級線程的問題引出了 “多線程模型” 問題。

5.1、多對一模型

多對一 \color{red}多對一 多對一模型：

• 多個用戶及線程映射到一個內(nèi)核級線程。每個用戶進程只對應一個內(nèi)核級線程。

優(yōu)點：

• 用戶級線程的切換在用戶空間即可完成，不需要切換到核心態(tài)，
• 線程管理的系統(tǒng)開銷小，效率高

缺點：

• 當一個用戶級線程被阻塞后，整個進程都會被阻塞，并發(fā)度不高。
• 多個線程不可在多核處理機上并行運行

因為線程是處理機調(diào)度的基本單位，而不是資源分配的基本單位。多個用戶級映射在一個內(nèi)核級線程，內(nèi)核認為僅有一個線程，當一個用戶級線程被阻塞，內(nèi)核認為所映射的內(nèi)核級線程也被阻塞，故所有映射到該內(nèi)核級的用戶級線程都被阻塞

5.2、一對一模型

一對一 \color{red}一對一 一對一模型：

• 一個用戶及線程映射到一個內(nèi)核級線程。
• 每個用戶進程有與用戶級線程同數(shù)量的內(nèi)核級線程。

優(yōu)點：

• 當一個線程被阻塞后，別的線程還可以繼續(xù)執(zhí)行，并發(fā)能力強
• 多線程可在多核處理機上并行執(zhí)行。

缺點：

• 一個用戶進程會占用多個內(nèi)核級線程，線程切換由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成，需要切換到核心態(tài)，
• 因此線程管理的成本高，開銷大。

5.3、多對多模型

多對多模型：n用戶及線程映射到m個內(nèi)核級線程（n >= m）。

• 每個用戶進程對應m個內(nèi)核級線程。

克服了多對一模型并發(fā)度不高的缺點，

• 又克服了一對一模型中一個用戶進程占用太多內(nèi)核級線程，開銷太大的缺點。

6、整體框架

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網(wǎng)站標題：2.5、線程概念和多線程模型-創(chuàng)新互聯(lián)
網(wǎng)頁地址：http://chinadenli.net/article18/hjpdp.html

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