线程_20200302_202000307

对linux中的线程的介绍，内核线程与用户空间线程

线程

• 4.0.1：目标
  • 引入线程的概念
    • 一种CPU利用的基本单元，是形成多线程计算机的基础
  • 讨论线程库
    • Pthread API
    • Win32 API
    • Java
• 4.1：概述
  • 概念
    • 是CPU使用的基本单元
    • 组成
      • 线程ID
      • 程序计数器
      • 寄存器集合
      • 栈
    • 于同一进程的其他线程
      • 共享
        • 代码段
        • 数据段
        • 文件
      • 不共享
        • 寄存器
        • 栈
    • 分类
      • 用户线程
        • 受内核支持，无需内核管理
      • 内核线程
        • 由操作系统直接支持和管理
  • 动机
    • 一个应用程式一般是具有多个控制线程的独立进程
    • 一个应用程式需要执行多个相似的任务
      • 建立独立的进程
      • 建立多线程
      • 优点：所耗时间缩短，资源节约
    • RPC也是多线程才可完成
  • 优点
    • 相应度高
      • 多线程并发或者并行执行
    • 资源共享
    • 经济
      • 进程切换
      • 进程创建
      • 时间成本
    • 多处理器体系结构的利用
      • 线程允许并行执行，因此单进程可在多处理器上运行
• 4.2：多线程模型
  • 分类
    • 用户线程:受内核支持，无需内核管理
    • 内核线程:由操作系统直接支持和管理
    • 主要讨论两者之间的关系模型
  • 多对一
    • 特点
      • 多个用户线程映射一个内核线程
      • 线程库在用户空间管理用户线程，效率高
      • 一个用户线程阻塞系统调用，整个系统将会被阻塞
      • 任意时刻只有唯一的线程访问内核
    • 实例
      • Green thread
      • GNU可移植线程
  • 一对一
    • 特点
      • 一个用户线程映射一个内核线程
      • 一个线程阻塞时，其他内核不会受到影响
      • 允许多线程并发允许在多CPU上
      • 由于创建内核线程需要资源开销，因此一般控制线程数量
  • 多对多
    • 特点
      • 多路复用许多用户线程到同样数量或者更少数量的内核线程
      • 去除了前面两种模型的缺点，允许任意多的用户线程创建，并且用户阻塞，不会影响内核阻塞
      • 变形，在之前的基础上，允许某个用户线程绑定某个内核线程，其他线程仍旧是多对多模式
• 4.5：操作系统实例
  • windows XP
    • 略
  • Linux
    • 不区分进程线程
    • 使用clone来区分父子任务之间共享的数据
      • CLONE_FS
        • 共享文件系统
      • CLONE_VM
        • 共享共同的内存空间
      • CLONE_SIGHAND
        • 共享信号处理程序
      • CLONE_FILES
        • 共享打开文件集
• 4.4：多线程问题
  • 系统调用
    • 线程调用fork()
      • 复制所有的线程
      • 或只复制调用fork()的线程
      • 由系统类型决定
    • 线程调用exec()
      • 会将exec所指定的程序替代整个进程，包括所有线程
  • 取消
    • 定义：在线程完成之前来终止线程的任务
    • 目标线程
      • 定义：需要被取消的线程
      • 被取消的两种情况
        • 异步取消：一个线程立即终止目标线程
        • 延迟取消：目标线程不断的检查它是否应终止，这允许目标线程有机会以有序方式来终止自己
      • 取消点
        • 定义：是否允许线程在安全的点被取消
        • 取消点的使用
  • 信号处理
    • 定义：UNIX中，用来通知进程某个特定事件已发生
    • 类型
      • 同步
        • 产生和接收是同一个进程
      • 异步
        • 产生和接收是两个进程
    • 模式
      • 信号是由特定的事件发生所产生的
      • 产生的信号要发送到进程
      • 一旦发送，信号必须处理
    • 信号处理
      • 默认信号处理程式
        • 内核空间
      • 用户定义的信号处理程式
        • 用户空间
    • 信号发送接受的模式
      • 发送信号到信号所应用的线程
      • 发送信号到进程内的每个线程
      • 发送信号到进程内的某些固定线程
      • 某个特定线程接收进程内的所有信号
  • 线程池
    • 创建的缘由
      • 创建和取消一个线程所需要的一个时间和资源
      • 因为CPU时间和内存的资源是有限的，所以不能在同一时间点创建很多线程
    • 主要思想：在进程开始时，创建一定数量的线程，等待工作，有任务处理任务，没有任务返回线程池继续等待
    • 优点
      • 调用现有线程的相应速度要比创建新线程速度快
      • 限制了在任何时候创建可用线程的数量
        • 最大数量由硬件决定
    • 有些系统可以动态的管理线程池，有效降低系统负荷
  • 线程特定数据
    • 同一个进程内不同线程可以共享数据
    • 每一个线程都有自己特定的数据副本
  • 调度程序激活
    • 内核与线程库之间的通信问题
    • 内核与用户之间的协调，可以更好的保证系统的性能
    • 建立一种机制，来有效的配对用户线程与内核线程之间的关系
      • 先后执行
      • 执行等待
      • 。。。。
• 4.3：线程库
  • 概念：为程序员提供创建管理线程的API
  • 实现方式
    • 用户空间自己管理
    • 会调用内核的系统调用
  • 三种实例
    • Pthread
    • win32
    • java
    • 省略