线程概念、多线程模型

﹏ヽ暗。殇╰゛Y 2023-10-05 13:42 54阅读 0赞

#### 线程概念、多线程模型 ####

*  什么是线程，为什么要引入线程
 *   *  引入线程后的变化
     *  线程的属性
     *  线程的实现方式
 *  多线程模型
 *  总结

## 什么是线程，为什么要引入线程 ##

还没引入进程之前,系统中各个程序只能串行执行。比如我们不能在用QQ聊天的时候听音乐，而引入线程之后就可以了。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
可以把线程理解为 **“轻量级进程”**。

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(如QQ视频、文字聊天、传文件)。

引入线程后,**进程**只作为**除CPU之外的系统资源的分配单元**(如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的)。**线程**则作为**处理机的分配单元。**

### 引入线程后的变化 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

### 线程的属性 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

### 线程的实现方式 ###

**①**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
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,并意识不到线程的存在。(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“从用户视角看能看到的线程”

--------------------

**②**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]  
**内核级线程( Kernel-Level thread,KLT,又称“内核支持的线程”)**

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看能看到的线程”

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**③**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 5]  
**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)**

**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:上边这个模型中,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,最多只能有两个用户线程并行执行。

## 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。

**①**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 6]  
**多对一模型:** 多个用户及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**在多核处理机上并行运行

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**②**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 7]  
**一对一模型:** 一个用户及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。

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**③**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 8]  
**多对多模型:** n用户及线程映射到m个内核级线程(n>=m)。每个用户进程对应m个内核级线程。

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核级线程,开销太大的缺点。

## 总结 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzIxMDQwNTU5_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 9]

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