線程的前因後果，你瞭解嗎？

進程最近有些煩惱，整日愁眉苦臉的，拜訪內存的時候也有點心不在焉。

內存是個明眼人，開門見山的問道：「進程啊，最近遇到啥問題了？我看你最近情緒有點低落，有啥問題你就直接說出來嘛，我讓你們夥兒來一塊兒幫你想一想辦法。」

進程嘆了口氣，說道：「唉，最近不是說 CPU 單核頻率到瓶頸了嗎？人類就用多核芯來彌補單核處理器性能的不足，我們的 CPU 不也升級到四核了嘛。」

「是啊，這是好事啊，如今最多能並行處理 4 個進程，效率比之前高多了，這還很差嗎？」內存疑惑的問。

「好是好，可我每次上 CPU 運行的時候，都忍不住去想，要是單核頻率不增長，我總的運行的時間不仍是沒有什麼變化嗎？之後的應用程序愈來愈大，愈來愈吃 CPU 資源，好比那些大型遊戲進程，在短期內須要進行大量計算，靠單核撐不住怎麼辦。不談之後，就說說我本身，我也想可以早點運行完，早點休息啊。」

tobe 注：很明顯單進程的運行時間是變小了的，不過這裏主要強調的是進程佔用 CPU 的時間。

內存點點頭，贊同道：「這個問題我卻是沒想到，多核處理器對單個進程確實不大友好。那咱得想辦法讓你可以同時使用幾個核心。不過我一時間也想不到什麼好辦法，仍是和你們一塊兒討論下吧。」

在討論會上，內存向你們說明了進程如今遇到的問題。

「一個進程怎麼並行？」進程調度器第一個發出疑問：「我總不能把一個進程放在四個核上吧，這樣不只毫無心義，還阻礙了其餘進程的執行。」

操做系統見多識廣，說：「把進程一次放在幾個核上運行確定是不可能的，我在想，我們的目標，其實就是讓多個核心不衝突地幫助一個進程運行嘛。那咱們就得把進程「拆開」，而後放在幾個核上。」

操做系統一邊說，一邊畫了張圖：

「大家看，假如說 fun1 和 fun2 這兩個函數互不關聯，咱們就可讓兩個核同時執行他們，這不就作到並行了嗎？」

「你的意思是說把一個進程拆成好幾個進程？」

操做系統搖搖頭：「不是拆成多個進程，進程切換的代價太大了，再說了，這些拆出來的函數，他們是共用一個地址空間的，天生就可以數據共享，若是拆成進程，咱們還得再考慮進程之間的通訊問題，那多麻煩。不過爲了跟進程區分，就叫他們「線程（Thread）」吧」

進程一驚，要把本身拆成線程？那本身不就沒了？趕緊問道：「那我豈不是沒有存在的餘地了？」

進程調度器也慌了：「要是沒了進程，我是否是也要被退休了？」

操做系統趕緊解釋道：大家誤會了，我要拆開的，是進程的執行流，進程不是包含了資源全部權和執行流嗎，資源全部權仍是由進程來把控，執行流就分給幾個線程，就像這樣：

tobe 注：在進程模型裏，進程擁有對內存、I/O 通道、I/O 設備和文件等資源的控制權，稱之爲「資源全部權」。「執行流」能夠看作進程在 CPU 上的執行過程（直觀一點就是高級語言裏的語句）。

進程恍然大悟：「也就是說我仍然是資源的掌控者，那些線程就至關於幫我幹活的小弟？」

「沒錯，並且從這種角度看，你自己仍是一個單線程進程。」

聽了這麼久，內存發問了：「建立進程的時候，我要保存進程 PCB ，那爲了建立線程，我是否是還得建立一個 TCB（Thread Control Block）？」

「固然了，線程切換須要的信息就得存在 TCB 裏面。不過你放心，TCB 要比 PCB 小得多，因此線程切換會比進程切換快不少。」

你們聽完，紛紛以爲「線程」這個模型完美的解決了當前的問題，說道：「要不咱們如今就在操做系統裏添上線程模型吧，早點解決進程的問題。」

可是操做系統面露難色，說：「線程模型只是咱們的一個假想，貿然加進來的話，可能會出問題，系統崩潰可就很差了，仍是要以穩定爲主。。。但這個模型仍是得試的，要不咱們先建立一個線程庫，靠一個用戶級別的應用程序——線程調度器來管理這些線程吧。」

進程不解的問：「但是這樣的話，我仍是被分配在一個單獨的核心上啊，即便是多線程，也只能在單核上運行。再說了，若是這些線程裏有一個被阻塞，在你看來，是整個進程阻塞了，那其餘線程，即便是就緒態，也得不到 CPU 資源。」

操做系統仔細想了下，說：「沒辦法，用戶級線程確實有這兩個缺點，但相比起讓內核來實現線程，用戶級線程也有他的好處——線程切換不須要我進行狀態轉換（從用戶態到內核態），開銷小，除此以外，線程庫能夠有多個調度算法，可以爲應用程序量身定作調度算法。」

tobe 注：有一種解決線程阻塞的方案叫 jacketing，他能夠把一個產生阻塞的系統調用轉化成一個非阻塞的系統調用，好比說，不直接調用系統級的 I/O 例程，而是讓線程調用應用級的 I/O jacket 例程，這個 jacket 例程會檢查 I/O 設備是否忙，若是忙的話，就不執行 I/O 操做，轉而調度其餘線程，避免了因等待 I/O 設備而形成的進程阻塞。

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用戶級線程很快投入使用，Linux系統中的 pthread（POSIX thread）庫能夠說是大獲成功，操做系統作出了一項重大決定——支持內核級線程。

內核級線程解決了進程並行的問題，除此以外，因爲內核看獲得線程的存在，一個線程阻塞了，位於同一個進程中的其它線程仍然可以運行。

並行的問題解決了，進程表示本身十分開心。

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但願你在看完個人文章以後有所收穫。

感謝你的閱讀，咱們後會有期！

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