操作系统 (3)

第4章线程,线程的引入线程与进程的对比线程的实现,1、线程的引入,进程的两个基本属性：资源的拥有者：给每个进程分配一虚拟地址空间，保存进程映像，控制一些资源（文件，I/O设备），有状态、优先级、调度调度单位：进程是一个执行轨迹以上两个属性构成进程并发执行的基础,线程的引入（续）,系统必须完成的操作：创建进程撤消进程进程切换缺点：时间空间开销大，限制并发度的提高,线程的引入（续）,在操作系统中，进程的引入提高了计算机资源的利用效率。但在进一步提高进程的并发性时，人们发现进程切换开销占的比重越来越大，同时进程间通信的效率也受到限制线程的引入正是为了简化进程间的通信，以小的开销来提高进程内的并发程度,线程的引入（续）,线程：有时称轻量级进程进程中的一个运行实体是一个CPU调度单位资源的拥有者还是进程或称任务,线程的引入（续）,线程：有执行状态（状态转换）不运行时保存上下文有一个执行栈有一些局部变量的静态存储可存取所在进程的内存和其他资源可以创建、撤消另一个线程,线程和进程：单进程、单线程单进程、多线程多进程、一个进程一个线程多进程、一个进程多个线程,引入线程的好处：,创建一个新线程花费时间少（结束亦如此）两个线程的切换花费时间少（如果机器设有“存储恢复所有寄存器”指令，则整个切换过程用几条指令即可完成）同一进程内的线程共享内存和文件，它们之间相互通信无须调用内核适合多处理机系统,例1：,LAN中的一个文件服务器，在一段时间内需要处理几个文件请求方法：为每一个请求创建一个线程在一个SMP机器上：多个线程可以同时在不同的处理器上运行,例2：,一个线程显示菜单，并读入用户输入；另一个线程执行用户命令一个应用：由几个独立部分组成，这几个部分不需要顺序执行，则每个部分可以以线程方式实现当一个线程因I/O阻塞时，可以切换到同一应用的另一个线程,2线程与进程的比较,调度并发性拥有资源系统开销,3线程的实现机制,用户级线程核心级线程两者结合方法,(1)用户级线程（UserLevelThread）,由应用程序完成所有线程的管理核心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,对用户级线程的核心活动,核心不知道线程的活动，但仍然管理线程的进程的活动当线程调用系统调用时，整个进程阻塞但对线程库来说，线程仍然是运行状态即线程状态是与进程状态独立的,用户级线程的优点和缺点,优点：线程切换不调用核心调度是应用程序特定的：可以选择最好的算法ULT可运行在任何操作系统上（只需要线程库）缺点：大多数系统调用是阻塞的，因此核心阻塞进程，故进程中所有线程将被阻塞核心只将处理器分配给进程，同一进程中的两个线程不能同时运行于两个处理器上,(2)核心级线程（KLT）,所有线程管理由核心完成没有线程库，但对核心线程工具提供API核心维护进程和线程的上下文线程之间的切换需要核心支持以线程为基础进行调度例子：WindowsNT，OS/2,核心级线程的优点和缺点,优点：对多处理器，核心可以同时调度同一进程的多个线程阻塞是在线程一级完成核心例程是多线程的缺点：在同一进程内的线程切换调用内核，导致速度下降,(3)两者分析,针对不同的操作系统开销和性能（线程的调度和切换速度）系统调用线程执行时间灵活性可扩充性抢占CPU共享进程的资源,(4)ULT和KLT结合方法,线程创建在用户空间完成大量线程调度和同步在用户空间完成程序员可以调整KLT的数量可以取两者中最好的,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,WINDOWS2000/XP线程,1、进程特点：进程是资源分配的基本单位，是作为对象进行管理的一个可执行的进程可能包含一个或多个线程WIN32进程控制系统调用有：CreateProcess、ExitProcess和TerminateProcess等2、进程对象每个进程由许多属性定义，并且封装了它可以执行的许多动作或服务,进程进程ID安全描述符基本优先级默认处理器仿射定额限制执行时间I/O计数器异常/调试端口退出状态创建进程打开进程查询进程信息设置进程信息当前进程终止进程,对象类型,对象体属性,服务,3、线程对象,线程线程ID动态优先级基本优先级线程处理器仿射线程执行警告状态挂起计数器假冒标志终止端口线程退出状态创建线程打开线程查询线程信息设置线程信息当前线程终止线程获得上下文设置上下文挂起恢复警告线程测试线程警告寄存