线程对称多处理和微内核.pptVIP

第3章 线程、对称多处理和微内核 中山大学计算机科学系 陈国明 博士 进程和线程 进程的概念 资源分配的单位 调度/执行的单位 解决进程切换开销大、提高并发程度 线程：一个进程内的基本调度单位 线程和进程的主要区别： 1 进程是资源管理基本单位 2 线程是处理机调度的基本单位（共享进程资源、自己没有资源） 3 进程切换涉及资源转移及现场保护，时间长 4 线程切换不发生资源变化、切换(线程上下文)时间短 5 线程没有单独的数据和程序空间，不能交换到外存 6 进程调度大多由操作系统内核完成，线程控制可以由操作系统内核进行，也可由用户控制 7 线程通信效率高：在同一进程内，无需调用内核，可利用共享的存储空间 线程 执行状态（运行、就绪等） 保存的线程上下文（非运行时） 一个执行栈 独立的用来存储局部变量的静态存储器 对进程的存储器和其他资源的访问，与进程的其他线程共享这些资源 一个独立的程序指令计数器 进程与线程的关系 单线程和多线程的进程模型 线程应用实例 文件服务器 每个新文件请求到达，为文件管理器产生一个新线程 多线程在多处理器上性能更优 单用户多处理系统中线程使用 前台和后台操作（显示读取输入、执行命令更新） 异步处理（周期性备份、缓冲区写磁盘） 加速执行（多处理器多线程） 模块化程序结构 进程挂起-线程挂起 进程终止-线程终止 线程的实现 用户级线程(User-level Threads, ULT)：POSIX的P-threads、Java的线程库 内核级线程(Kernel-level Threads, KLT)：Windows2000/XP 、OS/2和Mach C-thread 组合的方法( Combined Approaches )：Solaris SUN 最初在Solaris 操作系统上实现的虚拟机采用的是用户级的线程库, 以后改用内核线程和用户线程相结合的方式; Linux 系统上的虚拟机kaffe采用的是纯用户级的线程; Krall等人在为DEC Unix平台设计64 位Java 虚拟机时, 采用的也是用户级的线程. 特点： 应用程序和线程被分配给内核管理的进程。 线程创建：线程库派生 控制权传递：过程调用 线程上下文的保存：用户寄存器、PC、栈指针 内核无法知晓用户空间的活动 Java语言的用户级线程机制 用户级线程代替内核级线程优点 线程切换不需要模式切换 调度算法可以去适应应用程序，而不会扰乱底层的操作系统调度程序 不需要对底层内核进行修改以支持ULT 用户级线程代替内核级线程缺点 （系统调用）线程阻塞导致进程中所有线程阻塞 一个多线程应用程序不能利用多处理技术 一次进程中只有一个线程可以执行 优点： 线程阻塞不会导致进程阻塞 可以利用多处理器技术 内核例程本身也可以使用多线程 线程管理使用API函数 缺点： 线程切换需要访问模式 效率比用户级线程低（应用程序性质） 其他方案 线程：进程 描述 示例 1：1 每个线程是一个进程 Unix M：1 进程中创建多个线程 windows Solaris、linux、os/2 1：M 线程在进程中迁移 Ra、Emerald M：N 综合M：1和1：M TRIX 进程和线程的比较 ①地址空间资源：不同进程的地址空间是相互独立的，而同一进程的各线程共享同一地址空间。一个进程中的线程在另一个进程中是不可见的。 ②通信关系：进程间通信必须使用操作系统提供的进程间通信机制，而同一进程中的各线程间可以通过直接读写进程数据段(如全局变量)来进行通信。 ③调度切换：同一进程中的线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。 使用单线程的RPC 每个服务器使用 一个线程的RPC（单处理器） 单处理器上的多线程 对称多处理 分布式系统,每个CPU 都拥有自己的高速缓存、RAM、磁盘、图形子系统、声卡、监视器等,它们是一组普通的计算机,可能具有完全不同的体系结构,但都共同工作在某个网络之上。 SMP ,系统所有的CPU 都是相同的,且在一个计算机里,它们通过特殊用途的硬件通信,系统除了CPU 以外,每样东西只有一个—一块图形卡、一个声卡等等之类,诸如RAM和磁盘及类似的资源为系统的CPU 所共享 引入：进程演化线程目的 核心级线程—并发使用处理器资源—满足SMP 主从结构缺点： 内核在某个特定处理器上运行 主处理器失败导致整个系统失败 主处理器单独完成所有调度和进程管理（瓶颈） 对称多处理： 内核可运行在任一处理器上 每个处理器可从可