操作系统--用户级线程与内核级线程

一.多进程是操作系统基本图像 

进程都是在内核进行

二.用户级线程

2.1线程引入

可以切指令不切表,也就是资源不动,指令执行分开,更加轻量化,从而提高效率,保留并发优点,避免进程切换代价,也就引入了线程. 

2.2多线程例子

 

同时触发以及用yield交替执行

 

104是B的函数返回地址,将104压栈,其他也是陆续压栈,用两个执行序列和一个栈,就会发现第一个线程,居然返回的函数地址是404,也就是线程在乱跑. 

 解决办法,一个序列一个栈,切回线程要将栈切回,用一个地方存放栈指针也就是TCB(thread control block),esp是cpu寄存器(理解为大脑),利用TCB和栈配合就解决了多线程执行问题,每个线程有自己的TCB和栈.

用户级线程缺点: 由于某个线程阻塞,导致进程阻塞,而内核并不知道,不会切换到下一个线程,会到另一个进程,这样浏览器例子就不会显示内容.

 但是内核级线程就不会这样

三.内核级线程

3.1 多核利用核心级线程优势

并发:同时触发,交替执行,共用一套资源.这意味着,如果程序在单核处理器上运行,那么这两个线程将交替地换入或者换出内存。这些线程是同时“存在”的——每个线程都处于执行过程中的某个状态。
并行:同时触发,同时进行.如果程序能够并行执行,那么就一定是运行在多核处理器上。此时程序中的每个线程都将分配到一个独立的处理器核上,因此可以同时运行。

多核共用一套内存映射,真正实现核心级线程才能利用多核,如果用多进程,就需要不同资源(内存映射)那实际上对于多核就是一套资源反复切换,如果用用户级线程,操作系统是看不见的,没法使用多核.也就是多核只能适用于核心级线程才能发挥优势.

3.2和用户级线程对比  

 进入内核只能是中断,INT指令是一个中断指令 

 

四.总结

多个线程同时执行任务肯定存在线程间的同步和互斥:

  1. 线程同步:指线程之间所具有的一种制约关系,一个线程的执行依赖另外一个线程的消息,当它没有得到另一个线程的消息时应等待,直到消息到达时才被唤醒。

  2. 线程互斥:指对于共享的进程系统资源,每个线程访问时的排他性。当有若干个线程都要使用某一个共享资源时,任何时刻最多只允许一个线程去使用,其他线程必须等待,直到占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。

线程间的同步方法大体可以分为两类:

  1. 用户模式(使用时不需要切换内核态,只在用户态完成操作):临界区:适合一个进程内的多线程访问公共区域或代码段时使用;

  2. 内核模式(利用系统内核对象的单一性来进行同步,使用时需要切换内核态与用户态):

    • 事件:通过线程间触发事件实现同步互斥;

    • 互斥量:适合不同进程内多线程访问公共区域或代码段时使用,与临界区相似;

    • 信号量:与临界区和互斥量不同,可以实现多个线程同时访问公共区域数据,原理与操作系统中PV操作类似,先设置一个访问公共区域的线程最大连接数,每有一个线程访问共享区资源数就减一,直到资源数小于等于零;

参考:

操作系统_哈尔滨工业大学_中国大学MOOC(慕课)

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