操做系統相關——操做系統線程基礎知識

1.

操做系統的問題：用戶級線程和內核級線程的區別聯繫？

1 .內核級線程:切換由內核控制，當線程進行切換的時候，由用戶態轉化爲內核態。切換完畢要從內核態返回用戶態；能夠很好的利用smp，即利用多核cpu。windows線程就是這樣的。

 2. 用戶級線程內核的切換由用戶態程序本身控制內核切換,不須要內核干涉，少了進出內核態的消耗，但不能很好的利用多核Cpu,目前Linux pthread大致是這麼作的。

線程的實現能夠分爲兩類：用戶級線程(User-Level Thread)和內核線線程(Kernel-Level Thread)，後者又稱爲內核支持的線程或輕量級進程。在多線程操做系統中，各個系統的實現方式並不相同，在有的系統中實現了用戶級線程，有的系統中實現了內核級線程。

用戶線程指不須要內核支持而在用戶程序中實現的線程，其不依賴於操做系統核心，應用進程利用線程庫提供建立、同步、調度和管理線程的函數來控制用戶線程。不須要用戶態/核心態切換，速度快，操做系統內核不知道多線程的存在，所以一個線程阻塞將使得整個進程（包括它的全部線程）阻塞。因爲這裏的處理器時間片分配是以進程爲基本單位，因此每一個線程執行的時間相對減小。

內核線程：由操做系統內核建立和撤銷。內核維護進程及線程的上下文信息以及線程切換。一個內核線程因爲I/O操做而阻塞，不會影響其它線程的運行。Windows NT和2000/XP支持內核線程。

用戶線程運行在一箇中間系統上面。目前中間系統實現的方式有兩種，即運行時系統（Runtime System）和內核控制線程。「運行時系統」實質上是用於管理和控制線程的函數集合，包括建立、撤銷、線程的同步和通訊的函數以及調度的函數。這些函數都駐留在用戶空間做爲用戶線程和內核之間的接口。用戶線程不能使用系統調用，而是當線程須要系統資源時，將請求傳送給運行時，由後者經過相應的系統調用來獲取系統資源。內核控制線程：系統在分給進程幾個輕型進程（LWP），LWP能夠經過系統調用來得到內核提供的服務，而進程中的用戶線程可經過複用來關聯到LWP，從而獲得內核的服務。

如下是用戶級線程和內核級線程的區別：

（1）內核支持線程是OS內核可感知的，而用戶級線程是OS內核不可感知的。

（2）用戶級線程的建立、撤消和調度不須要OS內核的支持，是在語言（如Java）這一級處理的；而內核支持線程的建立、撤消和調度都需OS內核提供支持，並且與進程的建立、撤消和調度大致是相同的。

（3）用戶級線程執行系統調用指令時將致使其所屬進程被中斷，而內核支持線程執行系統調用指令時，只致使該線程被中斷。

（4）在只有用戶級線程的系統內，CPU調度仍是以進程爲單位，處於運行狀態的進程中的多個線程，由用戶程序控制線程的輪換運行；在有內核支持線程的系統內，CPU調度則以線程爲單位，由OS的線程調度程序負責線程的調度。

（5）用戶級線程的程序實體是運行在用戶態下的程序，而內核支持線程的程序實體則是能夠運行在任何狀態下的程序。

內核線程的優勢：

（1）當有多個處理機時，一個進程的多個線程能夠同時執行。

缺點：

（1）由內核進行調度。

內核級線程的優勢：   較好的並行能力，一個進程內的線程阻塞不會影響該進程內的其餘線程
內核級線程的缺點：  線程管理的開銷過大，缺少靈活性。

用戶進程的優勢：

（1） 線程的調度不須要內核直接參與，控制簡單。

（2） 能夠在不支持線程的操做系統中實現。

（3） 建立和銷燬線程、線程切換代價等線程管理的代價比內核線程少得多。

（4） 容許每一個進程定製本身的調度算法，線程管理比較靈活。這就是必須本身寫管理程序，與內核線程的區別

（5） 線程可以利用的表空間和堆棧空間比內核級線程多。

（6） 同一進程中只能同時有一個線程在運行，若是有一個線程使用了系統調用而阻塞，那麼整個進程都會被掛起。另外，頁面失效也會產生一樣的問題。

缺點：

（1）資源調度按照進程進行，多個處理機下，同一個進程中的線程只能在同一個處理器下分時複用

用戶級線程的優勢： 有較高的靈活性和高效率
用戶級線程的缺點： 較差併發能力