多线程内容提要.ppt

第4章多线程 内容提要 线程的概念线程的好处应用线程的例子线程的状态和线程管理多线程的实现Solaris操作系统的线程机制Mach操作系统的线程机制习题 进程和线程的执行示意图 三个进程各占自己的资源 独自执行 同一进程中三个线程公用资源 独自执行 线程的概念和性质 进一步提高并行性的需求并行性 多处理器 和并发性 单处理器 对并行的实际需求并发的开销大 模式转换和进程开关降低进程开关的开销的思路 将进程的资源占有和运行单元体的两个角色分开定义 线程是进程内的一个相对独立的 可调度的执行单元 性质 进程内一个相对独立的可执行单元操作系统的基本调度单元每个进程至少要有一个或一个以上的线程线程可以创建其他线程同一个进程中的线程共享该进程的资源线程间需要通信和同步机制线程有生命期 有诞生和死亡 采用线程机制带来的好处 创建和撤消线程的开销大大小于创建和撤消进程的开销线程开关的开销大大小于进程开关开销增加了通信的有效性为便于实现线程机制 促使程序员设计结构良好的程序 应用线程的例子 前台和后台 输入 检查 修改 打印异步处理 定期备份加快处理速度 对数据的并行处理组织复杂的工作 如DBMS对SQL语句的处理同时处理多个用户的服务请求 如民航售票或证券交易 线程的状态和线程管理 线程状态 就绪 运行 等待 p 62图4 1 几点说明 无挂起状态 使用I O时是否阻塞其他线程 进程的状态只与资源有关了线程的描述进程现场 映象和保护体系 与资源有关 线程现场 状态 运行现场 执行堆栈 与运行有关 用面向对象的形式表示线程控制块 TCB 对象和类的概念进程对象和线程对象 p 65表4 1和表4 2线程的管理 线程组基本管理方式 TCB队列线程控制原语 创建 撤消 阻塞 挂起 解挂 以线程组的形式成组管理线程 多线程的实现 1 基于线程观点的操作系统分类 单进程单线程 MS DOS 多进程单线程 传统UNIX 单进程多线程 多进程多线程 WINDOWSNT等 p 67用户级和内核级线程 p 70图4 4用户级线程 ULT 定义 实现方式 线程库 优点 开销小 适应多类应用 适应多种操作系统 问题 I O时阻塞 时间片轮转时线程与进程状态不协调 缺点 阻塞多个线程 饥饿 无法享受多处理器 解决方案 监控程序和虚拟时钟 I O外套程序 其他问题 对共享存区的保护 多CPU 实际数据 多线程的实现 2 内核级线程 KLT 什么是KLT 优点 多处理器并行 阻塞时不相互牵制 内核线程 缺点 进出操作系统的两次模式转换的开销 KLT和ULT结合的方法 p 70图4 4c 四个容易混淆的术语的解释 针对线程主 还是针对线程运行的地址空间而言 线程库 功能 支持ULT的开发和应用所提供的过程调用实现要点 尽量减少目态 管态间转换 每次转换都涉及在不同的地址空间之间复制数据 开销很大 线程调度 编程接口 Solaris操作系统的线程机制 Solaris的多线程结构 有关概念及图示轻质进程UNIX和Solaris的进程表的比较 Solaris的进程不包括处理器现场 该现场在轻质进程数据块 轻质进程的本质是一个特殊的用户线程轻质线程的局限性 开销大 占用内核资源多 仅涉及用户空间 即上层 的操作开销小 同时涉及上下层的开销大 内核线程 数据结构 Solaris内核构成用户线程 完全由线程库管理 与内核无关 线程的执行用户线程与轻质进程多对多 用户线程状态变化图 p 75 LWP状态变化图 p 76 用户进程与轻质进程一对一 走则同行 停则同停内核中断线程中断处理由中断线程执行 并用锁或信号量互斥实现方法及其性能分析 p 77页首 Solaris多线程结构的有关概念 进程 用户级线程ULT 通过在进程地址空间的线程库实现 轻质进程LWP LWP是用户级线程与内核级线程之间的映射 LWP被内核独立调度并可在多处理器上并行执行 内核级线程KLT 被调度并分派到一个处理器上执行的基本实体 Solaris的多线程结构有关概念图示 CPU 线程库 进程1 L L L L L L L L L 线程调度程序 CPU CPU CPU CPU 内核 硬件 用户空间 Mach操作系统的线程机制 任务 类似进程 和线程线程的数据结构 p 77 与线程相关的系统调用 创建 终止 挂起 恢复等线程分类 纯内核线程 用户任务的线程 相当于Solaris中的轻质进程 线程库线程库的实现方法基于线程 default 每个用户线程使用一个