周国运《操作系统》讲义[第2章2.4].pptVIP

2.4 线程及其实现 2.4.0 引入多线程技术的动机 2.4.1 线程的概念与状态 2.4.2 线程的管理与应用 2.4.3 线程的实现 2.4.4 实例研究：Solaris的进程与线程 2.4.5实例研究：Windows2000/XP的进程与线程 2.4.0 引入多线程技术的动机 考察一个文件服务器的例子 大量用户访问数据库，有大量进程都需要使用磁盘读数据，对于单线程结构的进程，效率很低。 单线程(结构)进程（Single Threaded Process） 多线程（结构）进程（Multiple Threaded process） 单线程结构进程给并发程序设计效率带来问题 ?进程切换开销大 ?进程通信代价大 ?进程之间的并发性粒度较粗，并 发度不高 ?不适合并行计算和分布并行计算 的要求 ?不适合客户/服务器计算的要求。 2.4.1 线程的概念与状态 操作系统中引入进程的目的是为了使多个程序并发执行，以改善资源使用率和提高系统效率。 操作系统中再引入线程，则是为了减少程序并发执行时所付出的时空开销，使得并发粒度更细、并发性更好。 ? 把进程的两项功能－－“独立分配资源”与“被调度分派执行”分离开来。 ? 进程作为系统资源分配和保护的独立单位，不需要频繁地切换； ? 线程作为系统调度和分派的基本单位，能轻装运行，会被频繁地调度和切换，在这种指导思想下，产生了线程的概念。 2.4.1 之----线程的概念(2) 线程的定义： 线程是进程内一个相对独立的、可调度的执行单元。 线程的特征： 结构性：主要有线程控制块TCB（标识、现场信息(寄存器、PC值、栈针)、调度信息(状态、优先级等)）、数据块(过程参数、数据、系统与用户堆栈)。 动态性：有生命期，有状态变化，可创建子线程。 共享性：同一进程中的各线程在同一主存空间，可以共享进程中的所有资源（数据、设备、文件），线程间通信方便。 并发性：同一进程中的各线程可并发执行。 线程又称轻量进程 ?线程运行在进程的上下文中,并使用进程的资源和环境。 ?系统调度的基本单位是线程而不是进程,每当创建一个进程时，至少要同时为该进程创建一个线程，否则该进程无法被调度执行。  单线程进程的内存布局和运行 管理和执行相分离的进程模型 多线程进程的内存布局 并发多线程程序设计的优点 ? 快速线程切换 ? 减少（系统）管理开销 ?(线程）通信易于实现 ? 并行程度提高 ? 节省内存空间 ? 2.4.1 之----线程的状态 线程状态有：运行、就绪和阻塞三种状态。线程的状态转换也类似于进程。 挂起状态对线程是没有意义的，如果进程挂起后被对换出主存，则它的所有线程因共享了进程的地址空间，也必须全部对换出去。 线程的两种阻塞方式时： 阻塞进程方式：对某些线程实现机制，当线程被阻塞时，所在进程也转换为阻塞态，即使这个进程存在另一个处于就绪态的线程。 阻塞线程方式：对另一些线程实现机制，如果存在另外一个处于就绪态的线程，则调度该线程进入运行状态，否则进程才转换为阻塞态。 2.4.2 线程管理与应用 一、线程的管理 线程包(库) 多线程技术利用线程包(库)提供线程原语集来支持多线程运行 线程包(库)可分成两种：用户空间中运行的线程包(库)和内核中运行的线程包(库)。 有的操作系统直接支持多线程，而有的操作系统不支持多线程。 2.4.2 线程管理与应用（2） 一、线程的管理（2） 程控制原语 线程包(库)提供一组API，支持应用程序创建、调度、撤销和管理线程的运行。基本线程控制原语有： ?孵化（Spawn）：又称创建线程 ?封锁（Block）：又称阻塞线程 ?活化（Unblock）：又称恢复线程 ?结束（Finish）：又称撤销线程 ?改变优先数（Priority） 2.4.2 线程管理与应用（3） 一、线程的管理 进程中线程的组织方式 第一种是调度员／工作者模式 第二种是组模式 第三种是流水线模式 二、多线程技术的应用 ?前台和后台工作 ?C/S应用模式 ?异步处理 ?加快执行速度 ?设计用户接口(键盘、鼠标、显示器、网络) 2.4.3 线程的实现 从实现的角度看，线程可以分成三种 ?用户级线程ULT(User Level Threads) 如Java 、Informix ?内核级