第四章 线程

1. 进程的特点

  • 资源所有权 - 一个进程包括一个存放进程映像的虚拟地址空间;

  • 调度/ 执行 - 一个进程沿着轨迹执行,可能和其他进程交替。

2. 线程的引入

系统必须完成的操作:

  • 创建进程

  • 进程切换

  • 撤消进程

缺点:时间空间开销大,限制并发度的提高。

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,以更小的开销来提高进程内的并发程度。

某些操作系统独立处理进程的两个特点:
  • 调度和分派:基本单位通常称为线程轻量级进程

  • 资源分配和保护:独立单位通常称为进程

传统:单线程;

现在:多线程 — 每个进程内允许包含多个并发执行的实体(控制流)。

一、多线程

OS 在单个进程内支持多个并发执行路径的能力。

  • DOS 系统支持;

  • UNIX 系统;

  • Java 运行环境。

1. 线程和进程的区别

  • 进程是资源分配和抢占 CPU 的单位;所有线程共享该进程的状态和资源,驻留在同一块地址空间,可以访问到相同数据;

  • 线程是进程内部最小的调度单位;一个进程可产生多个线程,并发执行;

  • 线程不拥有系统资源,共享内存,线程通信和切换开销小。

2. 多线程环境下的进程

  • 是操作系统中进行除处理器外的资源分配和保护的基本单位

  • 独立的虚拟地址空间,用来容纳进程映像(如与进程关联的程序与数据);

  • 各种资源实施保护:如受保护地访问处理器、文件、外部设备及其他进程(进程间通信)。

3. 多进程环境下的线程

  • 是进程中能够独立执行的实体;

  • 是处理器调度和分派的基本单位;

  • 线程是进程的组成部分。

  • 每个线程都有独立的栈,独立的控制块包含寄存器值、优先级和其他线程相关的状态信息。

每个线程的相关元素:
  1. 线程执行状态

  2. 在未运行时保存的线程上下文

  3. 一个执行栈

  4. 用于每个线程局部变量的静态存储空间

  5. 与进程内的其他线程共享的进程内存和资源的访问。

4. 线程组成

  • 线程标识符;

  • 线程状态信息:运行态、阻塞态、就绪态

  • 线程上下文:可把线程看成是进程中一个独立的程序计数器在操作;

  • 内核栈:内核态下工作时,保存参数,函数调用时的返回地址等;

  • 私有存储区:用于存放线程局部变量及用户栈。

5. 线程的优点

  • 创建新线程比创建一个新的进程要快许多;

  • 终止一个线程比终止进程时间少;

  • 同一进程内线程间切换比进程间切换时间少;

  • 线程提高了不同的执行程序间通信的效率。

6. 线程的功能特性

6.1 线程状态:

①运行态、 ② 就绪态、③阻塞态。

6.2 基本操作:
  • 派生:派生新进程同时派生新线程;线程也可在同一个进程中派生新线程;

  • 阻塞:当线程等待一个事件时;

  • 解除阻塞:当等待的事件发生, 移入就绪队列;

  • 结束:线程执行完毕,释放其寄存器上下文和栈。

6.3 线程同步
  • 一个进程中的所有线程共享地址空间和其他资源;

  • 一个线程对资源的修改都会影响同一个进程中其他线程的环境;

  • 需同步各线程,互不干涉,保护数据结构

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