在用戶態(tài)與內(nèi)核中實現(xiàn)并使用線程

前言

一個進程內(nèi)有多個線程，線程有自己的寄存器，程序計數(shù)器，堆棧，狀態(tài)。但是線程間是沒有保護的，可以共享地址空間，打開文件集，子進程，定時器以及相關信號量。為什么沒有保護，原因是：不可能，也沒必要。不同進程可能來自不同用戶，它們之間彼此可能有敵意，用戶所持有的資源以進程為單位。

與傳統(tǒng)進程一樣，線程也擁有運行，阻塞，就緒終止狀態(tài)，正在運行的線程獨占CPU并且活躍。與進程狀態(tài)切換一致，這里就不介紹了。

每個線程堆棧都有一幀，在該棧幀存放了局部變量和過程調(diào)用后的返回地址。

在多線程情況下，進程通常會從當前的單個線程開始，也就是主線程，該線程會調(diào)用庫函數(shù)（thread_create）來創(chuàng)建新線程。一般來說，線程之間是平等的。這里介紹其它庫函數(shù)：

pthread_exit:線程運行結(jié)束時，退出，線程消失。

pthread_join:一個線程可以阻塞等待另一個線程退出。

pthread_yield:允許線程自動放棄CPU讓給其它線程。

4. pthread_attr_init:創(chuàng)建并初始化一個線程的屬性結(jié)構(gòu)。

5. pthread_attr_destroy:刪除一個線程的屬性結(jié)構(gòu)。

pthread.h

在用戶態(tài)實現(xiàn)線程

在用戶空間管理線程時，每個進程都會有一個線程表，用來跟蹤該進程中的線程。這些表和內(nèi)核空間中的進程表相似，不過它僅記錄線程的屬性。

用戶線程中，每個進程都有其相關調(diào)度算法，可擴展性高，這是因為內(nèi)核線程需要固定的表格和堆?？臻g。

但是，由于用戶線程沒有時鐘中斷，導致某線程想要運行時，只能依靠前一個線程主動放棄CPU，所以沒有輪轉(zhuǎn)的說法。

在內(nèi)核中使用線程

當內(nèi)核支持管理線程時，進程中就沒有線程表了，相反，在內(nèi)核中就有一張線程表，線程想要創(chuàng)建新線程時，通過系統(tǒng)調(diào)用來對線程表更新。另外，內(nèi)核還維護了傳統(tǒng)的進程表。

在上述情況下，當一個線程阻塞時，就可以通過系統(tǒng)調(diào)用（內(nèi)核中的線程表）來切換線程了。

在內(nèi)核回收和創(chuàng)建線程代價是比較大的，所以回收時，一般會將線程標記為不可運行（并不是真正的回收），需要時再啟動。用戶態(tài)線程不需要。

雖然內(nèi)核線程可以解決很多問題，但不是能解決所有問題。比如信號問題，創(chuàng)建新進程問題等......

混合實現(xiàn)

人們研究出了采用多個用戶線程對應一個內(nèi)核線程的方法，多個用戶線程多路復用。

彈出式線程

在分布式系統(tǒng)中，線程經(jīng)常使用，通常下，服務接受到消息后，該服務所對應的線程會阻塞并receive，但是彈出式線程會創(chuàng)建一個新的線程去處理收到的消息。

在一些OS中，協(xié)作的進程可能共享一些彼此都能讀寫的公共存儲區(qū)。該存儲區(qū)可能是一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可能是一個共享文件。



審核編輯：劉清