上理操作系统第2章.ppt

2.7.3 内核支持线程和用户级线程 1. 内核支持线程 这里所谓的内核支持线程，也都同样是在内核的支持下运行的，即无论是用户进程中的线程，还是系统进程中的线程，他们的创建、撤消和切换等，也是依靠内核实现的。此外，在内核空间还为每一个内核支持线程设置了一个线程控制块， 内核是根据该控制块而感知某线程的存在的，并对其加以控制。 2. 用户级线程 用户级线程仅存在于用户空间中。对于这种线程的创建、 撤消、线程之间的同步与通信等功能，都无须利用系统调用来实现。对于用户级线程的切换，通常是发生在一个应用进程的诸多线程之间，这时，也同样无须内核的支持。由于切换的规则远比进程调度和切换的规则简单，因而使线程的切换速度特别快。可见，这种线程是与内核无关的。 2.7.4 线程控制 1. 内核支持线程的实现 图 2 - 13 任务数据区空间 PTDA 进程资源 TCB # 1 TCB # 2 TCB # 3 2. 用户级线程的实现 1) 运行时系统(Runtime System) 所谓“运行时系统”，实质上是用于管理和控制线程的函数(过程)的集合，其中包括用于创建和撤消线程的函数、 线程同步和通信的函数以及实现线程调度的函数等。正因为有这些函数，才能使用户级线程与内核无关。运行时系统中的所有函数都驻留在用户空间，并作为用户级线程与内核之间的接口。 2) 内核控制线程 这种线程又称为轻型进程LWP(Light Weight Process)。 每一个进程都可拥有多个LWP， 同用户级线程一样， 每个LWP都有自己的数据结构(如TCB)，其中包括线程标识符、优先级、 状态， 另外还有栈和局部存储区等。 它们也可以共享进程所拥有的资源。LWP可通过系统调用来获得内核提供的服务，这样，当一个用户级线程运行时，只要将它连接到一个LWP上，此时它便具有了内核支持线程的所有属性。 图 2 - 14 利用轻型进程作为中间系统 1、用户级线程(User Level Thread) 定义：是指由用户应用程序建立的线程， 并且由用户服务程序负责所有这些 用户级线程的调度执行和管理工作。 特点：操作系统不知道线程的存在 线程切换不需要核心态特权 调度是应用特定的 用户 空间 内核 空间 P 用户级线程 纯ULT方法 优点：（性能好，开销少） 用户应用程序中的线程开关的开销比内核线程开关的开销要小 线程库的线程调度算法与操作系统的调度算法无关。 用户级线程方法可适用于任何操作系统。操作系统不知道线程的活动，但仍然管理线程的进程的活动 线程库 由操作系统或某些语言提供，供所有用户 应用程序共享，并支持用户应用程序创建、 调度和管理自己的用户级线程。 （应用程序中用户级线程的微内核） 至少需提供以下功能的过程调用： 建立线程、撤消线程、阻塞线程、挂起线 程、恢复线程、调度线程、线程间通讯原 语、线程间同步原语 纯ULT方法 缺点： 进程中某一个线程阻塞可能会引起该进程中所有其他线程被阻塞 可能会发生线程独自垄断对处理器的控制，引起进程中其他线程得不到运行机会 用户线程可能改善并发性，但是不能增加其在多处理器系统中的物理并行性 无法使用内核的保护机制 2、内核级线程 定义：是指由操作系统内核创建、调度和 管理的线程。 2、内核级线程 特点： 内核为进程维护有一个线程表，也为每个线程提供一个线程控制块 所有线程管理由内核完成 内核维护进程和线程的信息 线程之间的切换需要内核支持 以线程为基础进行调度 例子：Windows NT，OS/2 用户 空间 内核 空间 P 内核级线程 纯KLT方法 优点： 内核可调度一个进程中的多个线程同时在多个处理器上并行运行 当进程中的一个线程被阻塞，进程中的其它线程仍可被调度运行 内核过程本身也以线程方式实现 缺点： 同一进程中的线程开关要有两次模式转换 （用户态-内核态-用户态） 3、ULT和KLT结合方法 内核支持多线程的建立、调度和管理。 同时系统中又提供线程库的便利，允许用户 应用程序建立、调度和管理用户级的线程。 用户 空间 内核 空间 P ULT与KLT结合 P 1．如果系统中有N个进程，运行的进程最多几个，最少几个；就绪进程最多几个最少几个；等待进程最多几个，最少几个？ 2. 一个状态转换的发生，是否一定导致另一个转换发生，列出所有的可能 作业 作业 某工厂有一个可以存放设备的仓库，总共可以存放8台设备。生产的每一台设备都必须入库，销售部门可以从仓库提出设备供应客户。设备的入库和出库都必须借助运输工