# 4.1 进程和线程（Threads）
## 4.1.1 简介
- OS区别对待以下问题：
- Resource ownership（资源所有权）： 进程包括一个虚拟地址空间来保存进程映像
- 资源所有权的单位称为进程或任务。
- Scheduling/execution(（调度/执行）： 遵循可能与其他进程交错的执行路径
- 调度的单位称为线程或轻量进程。
## 4.1.2 多线程（Multithreading）
- Single-Thread（单线程）
- 单线程指一个进程中只有一个线程在执行的传统方法。（线程的概念并不明确）
- MS-DOS支持单进程、单线程
- 一些UNIX系统支持多进程、每个进程单线程
- Multithreading（多线程）
- 多线程指操作系统支持在一个进程中执行多个线程的能力。
- Process：资源分配单位和保护单位
- 有一个保存进程映像的虚拟地址空间（code, data,stack, and PCB）
- 保护对处理器、内存、其他进程、文件和I／O资源的访问
- 包含一个或多个线程
- Thread：调度执行的单位
- 每个线程都有：
- 执行状态（运行、就绪等）
- 未运行时，保存的线程上下文（PC）
- 具有执行栈（Stack）
- 栈：存储局部变量和函数调用参数，从栈顶取，也在栈顶放置新区域。
- 对于局部变量，一些线程静态存储
- 访问其进程的内存和资源
- 线程的优点：
- 创建更快（创建一个线程比创建一个进程所用的时间更少）（不重新分配内存等资源）
- 结束快（终止一个线程比终止一个进程所用的时间更少）
- 切换快（同进程的两个线程之间）（相同镜像，不用切换页表）
- 通信快（因为同进程的线程共享内存和文件，它们能够不经过内核而互相通信）
- 线程收到进程很多操作的影像：
- 挂起：挂起进程会挂起该进程的所有线程
- 终止：终止进程会终止该进程的所有线程
## 4.1.3 线程功能特性
- 线程的状态
- Runging， Ready，Blocked
- 与线程状态改变相关的操作：
- Spawn（派生）
- 派生另一个线程
- Block（阻塞）
- Unblock（解除阻塞）
- 完成
- 取消分配寄存器上下文和堆栈
- 在进程中：
- 所有线程共享相同的地址空间和其他资源
- 一个线程对资源的任何更改都会影响其他线程
# 4.2 线程类型
## 4.2.1 User-Level Threads (ULT，用户级线程)
- 由线程库管理多线程。
- 所有线程管理都有应用程序完成。
- 内核不知道线程的存在，调度基于进程完成的。
- 需要通过线程库二次调用线程。
- ![[用户级线程 示意图.png]]
## 4.2.2 Kernel-Level Threads(内核级线程)
- 内核维护进程和线程的上下文信息
- 调度基于线程完成。
- ![[内核级线程 示意图.png]]
- ULT的优势（与KLT相比）
- 切换消耗更小
- 调度策略可以根据不同应用而不同
- ULTs可以在任何操作系统上运行，无需修改底层内核
- ULT的劣势（与KLT相比）
- ULT按进程调度（一个线程阻塞，则该进程的所有线程阻塞）
- 线程不能分配到多核（一个多线程应用不能发挥多进程的优势）
- 解决缺点的方法：
- 用多进程代替多线程
- Jacketing套管 针对阻塞问题
- KLT的优势（与ULT相比）
- 克服了ULT的两个主要缺点
- 多CPU执行（一个进程中的多个线程可以同时在多个处理器上运行）
- 仅阻塞单个线程（一个线程阻塞不会使同进程中的其他线程阻塞）
- KLT的劣势（与ULT相比）
- 线程切换需要模式切换到内核
## 4.2.3 Combined Approaches 混合方式
- 线程
- 创建／调度／同步完全在用户空间完成
- 允许映射到内核（来自单个应用的多个ULT映射到一些（较小或相等）数量的（可调）KLT。）
![[组合方法 示意图.png]]
- Combined Approaches的优点：
- 多CPU运行
- 仅阻塞单个线程