第二章进程的描述与控制解读.ppt

2.7.3线程的状态和线程控制块 1.线程运行的三个状态：执行、就绪、阻塞 2.线程控制块TCB 1)线程标识符2)寄存器3)线程状态4)优先级 5)线程专有存储区6)信号屏蔽7)堆栈指针 3.多线程OS中的进程属性 1）进程是拥有资源的基本单位 2）多个线程可并发执行 3）进程不是可执行的实体 2.8　线程的实现方式 2.8.1线程的实现方式　　 1．内核支持线程KST 　　无论是用户进程中的线程，还是系统进程中的线程，其创建、撤消和切换等都是依靠内核在内核空间实现的。内核根据该控制块TCB而感知某线程的存在，并对其加以控制。 这种线程实现方式优点： 　　(1) 在多处理器系统中，内核能够同时调度同一进程中多个线程并行执行； (2) 如果进程中的一个线程被阻塞了，内核可以调度该进程中的其它线程占有处理器运行，也可以运行其它进程中的线程； (3) 内核支持线程具有很小的数据结构和堆栈，线程的切换比较快，切换开销小； (4) 内核本身也可以采用多线程技术，可以提高系统的执行速度和效率。 　　内核支持线程的主要缺点是：对于用户的线程切换而言，其模式切换的开销较大，需要从用户态转到内核态进行。 2．用户级线程ULT 　线程仅存在于用户空间中其创建、撤消、同步与通信等功能，都无须利用系统调用来实现。线程是与内核无关，内核完全不知道用户级线程的存在。 优点： 　(1) 线程切换不需要转换到内核空间节省了模式切换的开销。 　(2) 调度算法可以是进程专用的。 　　(3) 用户级线程的实现与操作系统平台无关，因此，用户级线程甚至可以在不支持线程机制的操作系统平台上实现。 缺点： 　(1) 系统调用的阻塞问题。进程阻塞，进程内的所有线程都会被阻塞。 　(2) 多线程应用不能利用多处理机进行并行执行。 3．组合方式ULT/KST 　内核支持多KST线程的建立、调度和管理，同时，也允许用户应用程序建立、调度和管理用户级线程。 2.8.2　线程的实现 　1．内核支持线程的实现 　 系统在创建一个新进程时，便分配一个任务数据区PTDA(Per Task Data Area)，其中包括若干个线程控制块TCB空间，如图2-15所示。TCB中的信息保存在内核空间中。 图 2-15　任务数据区空间 　 内核支持线程的创建、 撤消均与进程的相类似。在有的系统中为了减少创建和撤消一个线程时的开销，在撤消一个线程时，并不立即回收该线程的资源和TCB，当以后再要创建一个新线程时，便可直接利用已被撤消但仍保持有资源和TCB的线程作为新线程。 内核支持线程的调度和切换与进程的调度和切换十分相似，也分抢占式方式和非抢占方式两种。 2．用户级线程的实现 　　用户级线程是在用户空间实现的，运行在一个中间系统的上面。当前有两种方式实现的中间系统，即运行时系统和内核控制线程。 1) 运行时系统(Runtime System) 　　所谓“运行时系统”，即线程库是用于管理和控制线程的函数(过程)的集合，包括用于创建和撤消线程的函数、 线程同步和通信的函数以及实现线程调度的函数等。是用户级线程与内核之间的接口。 　　在传统的OS中，进程在切换时必须先由用户态转为核心态，再由核心来执行切换任务； 而用户级线程在切换时则不需转入核心态，而是由运行时系统中的线程切换过程来执行切换任务。 当线程需要系统资源时，是将该要求传送给运行时系统，由后者通过相应的系统调用来获得系统资源的。 　2) 内核控制线程/轻型进程LWP 　 LWP由用户进程调用函数创建，内核识别,可通过系统调用来获得内核提供的服务。 当一个用户级线程运行时，只要将它连接到一个LWP上，此时它便具有了内核支持线程的所有属性。 这种线程实现方式实质上是组合方式。 多个LWP做成一个缓冲池，称为“线程池”。用户进程中的任一用户线程都可以连接到LWP池中的任何一个LWP上。 用户级线程可通过LWP来访问内核，但内核所看到的总是多个LWP而看不到用户级线程。即LWP实现了在内核与用户级线程之间的隔离，从而使用户级线程与内核无关。 用户级线程 LWP 内核级线程 图 2-16　利用轻型进程作为中间系统 　　当用户级线程要通信时需借助于LWP，而且每个要通信的用户级线程都需要一个LWP。 　　内核级线程阻塞，则与之相连接的多个LWP也将阻塞，进而使连接到LWP上的用户级线程也被阻塞。如果进程中只包含了一个LWP，此时进程也应阻塞。如果在一个进程中含有多个LWP，则当一个LWP阻塞时，进程中的另一个LWP可继续执行。 3．用户级线程与内核控制线程的连接 　1) 一对一模型 　　一个内核控制线程一个用户线程。　 　 该模型