4.9 線程(Thread)
引入線程的目的是簡化線程間的通信，以小的開銷來提高進(jìn)程的并發(fā)程度。
4.9.1 線程的概念
線程： 有時(shí)稱輕量級(jí)進(jìn)程。 進(jìn)程中的一個(gè)運(yùn)行實(shí)體，是一個(gè)CPU調(diào)度單位， 資源的擁有者還是進(jìn)程或稱任務(wù)。
事實(shí)上，引入線程主要是為了提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率，減少處理機(jī)的空轉(zhuǎn)時(shí)間和調(diào)度切換（保護(hù)現(xiàn)場信息）的時(shí)間，以及便于系統(tǒng)管理。
進(jìn)程與線程之間關(guān)系
進(jìn)程和線程的比較
 進(jìn)程是資源分配的基本單位。所有與該進(jìn)程有關(guān)的資源，都被記錄在進(jìn)程控制塊PCB中。以表示該進(jìn)程擁有這些資源或正在使用它們。
另外，進(jìn)程也是搶占處理機(jī)的調(diào)度單位，它擁有一個(gè)完整的虛擬地址空間。
與進(jìn)程相對(duì)應(yīng)，線程與資源分配無關(guān)，它屬于某一個(gè)進(jìn)程，并與進(jìn)程內(nèi)的其他線程一起共享進(jìn)程的資源。
當(dāng)進(jìn)程發(fā)生調(diào)度時(shí)，不同的進(jìn)程擁有不同的虛擬地址空間，而同一進(jìn)程內(nèi)的不同線程共享同一地址空間。
線程只由相關(guān)堆棧（系統(tǒng)?；蛴脩魲＃┘拇嫫骱途€程控制表TCB組成。寄存器可被用來存儲(chǔ)線程內(nèi)的局部變量，但不能存儲(chǔ)其他線程的相關(guān)變量。
發(fā)生進(jìn)程切換與發(fā)生線程切換時(shí)相比較，進(jìn)程切換時(shí)涉及到有關(guān)資源指針的保存以及地址空間的變化等問題；線程切換時(shí)，由于同不進(jìn)程內(nèi)的線程共享資源和地址 空間，將不涉及資源信息的保存和地址變化問題，從而減少了操作系統(tǒng)的開銷時(shí)間。而且，進(jìn)程的調(diào)度與切換都是由操作系統(tǒng)內(nèi)核完成，而線程則既可由操作系統(tǒng)內(nèi) 核完成，也可由用戶程序進(jìn)行。
圖 多線程與進(jìn)程之間的關(guān)系
4.9.2 線程的適用范圍
典型的應(yīng)用
1.服務(wù)器中的文件管理或通信控制
2.前后臺(tái)處理
3.異步處理
4.9.3 線程的執(zhí)行特性
線程有3個(gè)基本狀態(tài)：執(zhí)行、就緒、阻塞
線程有5種基本操作：
派生：線程在進(jìn)程內(nèi)派生出來，它即可由進(jìn)程派生，也可由線程派生。
 阻塞（Block）：如果一個(gè)線程在執(zhí)行過程中需要等待某個(gè)事件發(fā)生，則被阻塞。 激活（unblock）：如果阻塞線程的事件發(fā)生，則該線程被激活并進(jìn)入就緒隊(duì)列。
調(diào)度（schedule）：選擇一個(gè)就緒線程進(jìn)入執(zhí)行狀態(tài)。
結(jié)束（Finish）：如果一個(gè)線程執(zhí)行結(jié)束，它的寄存器上下文以及堆棧內(nèi)容等將被釋放。
圖 線程的狀態(tài)與操作
線程的另一個(gè)執(zhí)行特性是同步。線程中所使用的同步控制機(jī)制與進(jìn)程中所使用的同步控制機(jī)制相同。
4.9.4 線程的分類
線程有兩個(gè)基本類型：
用戶級(jí)線程：管理過程全部由用戶程序完成，操作系統(tǒng)內(nèi)核心只對(duì)進(jìn)程進(jìn)行管理。
系統(tǒng)級(jí)線程（核心級(jí)線程）：由操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行管理。操作系統(tǒng)內(nèi)核給應(yīng)用程序提供相應(yīng)的系統(tǒng)調(diào)用和應(yīng)用程序接口API，以使用戶程序可以創(chuàng)建、執(zhí)行、撤消線程。
附：線程舉例
1. SUN Solaris 2.3
² Solaris支持內(nèi)核線程、輕權(quán)進(jìn)程和用戶線程。一個(gè)進(jìn)程可有大量用戶線程；大量用戶線程復(fù)用少量的輕權(quán)進(jìn)程，輕權(quán)進(jìn)程與內(nèi)核線程一一對(duì)應(yīng)。
¨ 用戶級(jí)線程在調(diào)用核心服務(wù)時(shí)（如文件讀寫），需要“捆綁(bound)”在一個(gè)LWP上。永久捆綁（一個(gè)LWP固定被一個(gè)用戶級(jí)線程占用，該LWP移到LWP池之外）和臨時(shí)捆綁（從LWP池中臨時(shí)分配一個(gè)未被占用的LWP）。
² 在調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)時(shí)，如果所有LWP已被其他用戶級(jí)線程所占用（捆綁），則該線程阻塞直到有可用的LWP。
² 如果LWP執(zhí)行系統(tǒng)線程時(shí)阻塞（如read()調(diào)用），則當(dāng)前捆綁在LWP上的用戶級(jí)線程也阻塞。
圖 用戶線程、輕權(quán)進(jìn)程和核心線程的關(guān)系
¨ 有關(guān)的C庫函數(shù) /* 創(chuàng)建用戶級(jí)線程 */
int thr_create(void *stack_base, size_t stack_size,
void *(*start_routine)(void *), void *arg, long flags,
thread_t *new_thread_id); 其中flags包括：THR_BOUND（永久捆綁）, THR_NEW_LWP（創(chuàng)建新LWP放入LWP池），若兩者同時(shí)指定則創(chuàng)建兩個(gè)新LWP，一個(gè)永久捆綁而另一個(gè)放入LWP池。 ² 有關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用
/* 在當(dāng)前進(jìn)程中創(chuàng)建LWP */ int _lwp_create(ucontext_t *contextp, unsigned long flags,
lwpid_t *new_lwp_id);
/* 構(gòu)造LWP上下文 */
void _lwp_makecontext(ucontext_t *ucp,
void (*start_routine)( void *), void *arg,
void *private, caddr_t stack_base, size_t stack_size);
/* 注意：沒有進(jìn)行“捆綁”操作的系統(tǒng)調(diào)用 */
2. Windows NT
² NT線程的上下文包括：寄存器、核心棧、線程環(huán)境塊和用戶棧。
² NT線程狀態(tài)
(1) 就緒狀態(tài)：進(jìn)程已獲得除處理機(jī)外的所需資源，等待執(zhí)行。
(2) 備用狀態(tài)：特定處理器的執(zhí)行對(duì)象，系統(tǒng)中每個(gè)處理器上只能有一個(gè)處于備用狀態(tài)的線程。
(3) 運(yùn)行狀態(tài)：完成描述表切換，線程進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，直到內(nèi)核搶先、時(shí)間片用完、線程終止或進(jìn)行等待狀態(tài)。
(4) 等待狀態(tài)：線程等待對(duì)象句柄，以同步它的執(zhí)行。等待結(jié)束時(shí)，根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)入運(yùn)行、就緒狀態(tài)。
(5) 轉(zhuǎn)換狀態(tài)：線程在準(zhǔn)備執(zhí)行而其內(nèi)核堆棧處于外存時(shí)，線程進(jìn)入轉(zhuǎn)換狀態(tài)；當(dāng)其內(nèi)核堆棧調(diào)回內(nèi)存，線程進(jìn)入就緒狀態(tài)。
(6) 終止?fàn)顟B(tài)：線程執(zhí)行完就進(jìn)入終止?fàn)顟B(tài)；如執(zhí)行體有一指向線程對(duì)象的指針，可將線程對(duì)象重新初始化，并再次使用。
圖 Windows NT的線程狀態(tài)
² NT線程的有關(guān)API
CreateThread()函數(shù)在調(diào)用進(jìn)程的地址空間上創(chuàng)建一個(gè)線程，以執(zhí)行指定的函數(shù)；返回值為所創(chuàng)建線程的句柄。
ExitThread()函數(shù)用于結(jié)束本線程。
SuspendThread()函數(shù)用于掛起指定的線程。
ResumeThread()函數(shù)遞減指定線程的掛起計(jì)數(shù)，掛起計(jì)數(shù)為0時(shí)，線程恢復(fù)執(zhí)行。
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