9-线程概念与多线程模型

线程

概念

线程是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单元

引入线程后，不仅是进程间可以并发执行，一个进程的不同线程之间也可以并发执行，提高了系统的并发度，使得一个进程内可以并发执行多项任务（例如QQ可以同时视频聊天，发送文件等等）

引入线程后，进程只作为除CPU以外的系统资源的分配单元（如打印机，内存地址空间等），即除CPU以外的系统资源还是直接分配给进程而不是某个线程

引入线程机制后，发生的变化

线程的属性

• 线程是处理机调度的单位
• 多CPU计算机中，各个线程可以占用不同的CPU
• 每个线程都有一个线程ID，和线程控制块（TCB）用来进行区分
• 线程同样有就绪，阻塞，运行三种基本状态
• 线程几乎不拥有系统资源
• 同一进程的不同线程间可以共享进程的资源
• 由于同一进程的不同线程间共享内存地址空间，所以各个线程间通信甚至无需系统干预
• 同一进程中的线程间进行切换，不会引起进程切换
• 不同进程中的线程进行切换，会引起进程切换
• 切换同进程中的线程，系统开销很小
• 切换进程，开销较大

线程的实现方式

用户级线程

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是由应用程序负责的（线程的创建，撤销，切换等等）

用户级线程中，线程切换可以在用户态下直接完成，无需操作系统干预

这种实现方式在用户看来有多个线程（同时并发执行多项操作），但是在操作系统内核看来，并不能意识到线程的存在（线程切换不由操作系统控制，这也说明操作系统不能将这种线程分配到多个CPU上并行执行，操作系统不直接管理这种线程）

即用户级线程对用户不透明，对操作系统透明（计算机领域内，透明指的是无法看到）

内核级线程

内核级线程的管理工作由操作系统内核完成。即线程调度，线程切换等工作由内核负责。因此内核级线程的切换必须在核心态下执行

注意

操作系统只能“看见”内核级线程，因此只有内核级线程才是处理机分配的单位

以下方的多对多模型为例，其由三个用户级线程映射到两个内核级线程上，在用户看来，进程中同时有三个线程并发执行，但在操作系统看来，只有两个内核级线程，所以哪怕是在4核处理机的计算机上运行，该进程也最多只能被分配到两个核心，最所只有两个用户进程并行执行

多线程模型

多对一模型

一对一模型

多对多模型