《讀書筆記》程序員的自我修養之線程模型

《讀書筆記》程序員的自我修養之線程模型

線程可分爲用戶級線程（User Thread）和內核級線程（Kernel 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：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：當有多個處理機時，一個進程的多個線程能夠同時執行。

內核線程的缺點：由內核進行調度。

用戶級線程的優勢：

（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。

用戶級線程的缺點：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機下分時複用

注：以上轉載於：http://col1.blog.163.com/blog/static/1909775192012719114033352/

 

用戶實際使用的線程不是內核線程，而是存在於用戶態的用戶線程。用戶態線程並不必定在操做系統內核裏對應同等數量的內核線程。

一對一模型

一個用戶使用的線程惟一對應一個內核使用的線程（反之否則，一個內核裏的線程在用戶態不必定有對應的線程存在）。

優勢：線程之間的併發是真正的併發，一個線程由於某種緣由阻塞時，其餘線程不會受到影響。Linux使用clone能夠產生一對一線程。Windows使用APICreateThread來建立一個一對一的線程。

缺點：

1）因爲許多操做系統限制了內核線程的數量，所以一對一線程會讓用戶的線程數量受到限制；

2）許多操做系統內核線程調度時，上下文切換的開銷較大，致使用戶線程的執行效率降低

多對一模型

多對一模型將多個用戶級線程映射到一個內核線程上，線程之間的切換由用戶態的代碼來完成。

多對一模型的一大缺點是：若是其中一個用戶線程阻塞，那麼全部用戶線程豆漿沒法執行，由於此時內核內的線程也將隨之阻塞了。

多對多模型

將多個用戶線程用射到少數但不止一個的內核線程上。