4.9 线程(Thread)
引入线程的目的是简化线程间的通信，以小的开销来提高进程的并发程度。
4.9.1 线程的概念
线程： 有时称轻量级进程。 进程中的一个运行实体，是一个CPU调度单位， 资源的拥有者还是进程或称任务。
事实上，引入线程主要是为了提高系统的执行效率，减少处理机的空转时间和调度切换（保护现场信息）的时间，以及便于系统管理。
进程与线程之间关系
进程和线程的比较
 进程是资源分配的基本单位。所有与该进程有关的资源，都被记录在进程控制块PCB中。以表示该进程拥有这些资源或正在使用它们。
另外，进程也是抢占处理机的调度单位，它拥有一个完整的虚拟地址空间。
与进程相对应，线程与资源分配无关，它属于某一个进程，并与进程内的其他线程一起共享进程的资源。
当进程发生调度时，不同的进程拥有不同的虚拟地址空间，而同一进程内的不同线程共享同一地址空间。
线程只由相关堆栈（系统栈或用户栈）寄存器和线程控制表TCB组成。寄存器可被用来存储线程内的局部变量，但不能存储其他线程的相关变量。
发生进程切换与发生线程切换时相比较，进程切换时涉及到有关资源指针的保存以及地址空间的变化等问题；线程切换时，由于同不进程内的线程共享资源和地址 空间，将不涉及资源信息的保存和地址变化问题，从而减少了操作系统的开销时间。而且，进程的调度与切换都是由操作系统内核完成，而线程则既可由操作系统内 核完成，也可由用户程序进行。
图 多线程与进程之间的关系
4.9.2 线程的适用范围
典型的应用
1.服务器中的文件管理或通信控制
2.前后台处理
3.异步处理
4.9.3 线程的执行特性
线程有3个基本状态：执行、就绪、阻塞
线程有5种基本操作：
派生：线程在进程内派生出来，它即可由进程派生，也可由线程派生。
 阻塞（Block）：如果一个线程在执行过程中需要等待某个事件发生，则被阻塞。 激活（unblock）：如果阻塞线程的事件发生，则该线程被激活并进入就绪队列。
调度（schedule）：选择一个就绪线程进入执行状态。
结束（Finish）：如果一个线程执行结束，它的寄存器上下文以及堆栈内容等将被释放。
图 线程的状态与操作
线程的另一个执行特性是同步。线程中所使用的同步控制机制与进程中所使用的同步控制机制相同。
4.9.4 线程的分类
线程有两个基本类型：
用户级线程：管理过程全部由用户程序完成，操作系统内核心只对进程进行管理。
系统级线程（核心级线程）：由操作系统内核进行管理。操作系统内核给应用程序提供相应的系统调用和应用程序接口API，以使用户程序可以创建、执行、撤消线程。
附：线程举例
1. SUN Solaris 2.3
² Solaris支持内核线程、轻权进程和用户线程。一个进程可有大量用户线程；大量用户线程复用少量的轻权进程，轻权进程与内核线程一一对应。
¨ 用户级线程在调用核心服务时（如文件读写），需要“捆绑(bound)”在一个LWP上。永久捆绑（一个LWP固定被一个用户级线程占用，该LWP移到LWP池之外）和临时捆绑（从LWP池中临时分配一个未被占用的LWP）。
² 在调用系统服务时，如果所有LWP已被其他用户级线程所占用（捆绑），则该线程阻塞直到有可用的LWP。
² 如果LWP执行系统线程时阻塞（如read()调用），则当前捆绑在LWP上的用户级线程也阻塞。
图 用户线程、轻权进程和核心线程的关系
¨ 有关的C库函数 /* 创建用户级线程 */
int thr_create(void *stack_base, size_t stack_size,
void *(*start_routine)(void *), void *arg, long flags,
thread_t *new_thread_id); 其中flags包括：THR_BOUND（永久捆绑）, THR_NEW_LWP（创建新LWP放入LWP池），若两者同时指定则创建两个新LWP，一个永久捆绑而另一个放入LWP池。 ² 有关的系统调用
/* 在当前进程中创建LWP */ int _lwp_create(ucontext_t *contextp, unsigned long flags,
lwpid_t *new_lwp_id);
/* 构造LWP上下文 */
void _lwp_makecontext(ucontext_t *ucp,
void (*start_routine)( void *), void *arg,
void *private, caddr_t stack_base, size_t stack_size);
/* 注意：没有进行“捆绑”操作的系统调用 */
2. Windows NT
² NT线程的上下文包括：寄存器、核心栈、线程环境块和用户栈。
² NT线程状态
(1) 就绪状态：进程已获得除处理机外的所需资源，等待执行。
(2) 备用状态：特定处理器的执行对象，系统中每个处理器上只能有一个处于备用状态的线程。
(3) 运行状态：完成描述表切换，线程进入运行状态，直到内核抢先、时间片用完、线程终止或进行等待状态。
(4) 等待状态：线程等待对象句柄，以同步它的执行。等待结束时，根据优先级进入运行、就绪状态。
(5) 转换状态：线程在准备执行而其内核堆栈处于外存时，线程进入转换状态；当其内核堆栈调回内存，线程进入就绪状态。
(6) 终止状态：线程执行完就进入终止状态；如执行体有一指向线程对象的指针，可将线程对象重新初始化，并再次使用。
图 Windows NT的线程状态
² NT线程的有关API
CreateThread()函数在调用进程的地址空间上创建一个线程，以执行指定的函数；返回值为所创建线程的句柄。
ExitThread()函数用于结束本线程。
SuspendThread()函数用于挂起指定的线程。
ResumeThread()函数递减指定线程的挂起计数，挂起计数为0时，线程恢复执行。
|
