線程的實現(xiàn)方式

線程已在許多系統(tǒng)中實現(xiàn)，但各系統(tǒng)的實現(xiàn)方式并不完全相同，有的系統(tǒng)，特別是一些數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，如infomix所實現(xiàn)的是用戶級線程，另一些系統(tǒng)實現(xiàn)的是內核支持線程或同時實現(xiàn)內核支持線程和用戶支持線程

內核支持線程KST（Kernel Supported Threads）

• 描述：
  在OS中的所有進程，無論是系統(tǒng)進程還是用戶進程，都是在操作系統(tǒng)內核的支持下運行的，是與內核緊密相關的。而內核支持線程同樣是在內核的支持下運行的，它們的創(chuàng)建、阻塞、撤銷、和切換等，也都是在內核空間實現(xiàn)的。為了對內核線程進行控制和管理，在內核空間也為每一個內核線程設置了一個線程控制塊，內核根據(jù)該控制塊而感知某線程的存在，并對其加以控制。目前大多數(shù)OS都支持線程。

• 優(yōu)點：

  1. 在多處理機系統(tǒng)中，內核能夠同時調度同一進程中的多個線程并行執(zhí)行
  2. 如果進程中的一個線程被阻塞了，內核可以調度該進程中的其他線程占有處理機運行，也可以運行其他進程中的線程
  3. 內核支持線程具有很小的數(shù)據(jù)結構和堆棧，線程的切換比較快，切換開銷小
  4. 內核本身也可以采用多線程技術，可以提高系統(tǒng)的執(zhí)行速度和效率

• 缺點：
  對于用戶的線程切換而言，其模式切換的開銷比較大，在同一個進程中，從一個線程切換到另一個線程時，需要從用戶態(tài)轉到核心態(tài)進行，這是因為用戶進程的線程在用戶態(tài)運行，而線程的調度和管理是在內核實現(xiàn)的，系統(tǒng)開銷較大

用戶級線程ULT（User Level Threads）

• 描述：
  用戶級線程是在用戶空間中實現(xiàn)的。線程的創(chuàng)建、撤銷、同步、通信等功能，無需內核支持，即用戶級線程與內核無關，這些線程的任務控制塊都是設置在用戶空間，而線程所執(zhí)行的操作無需內核的幫助，因而內核完全不知道用戶線程的存在

• 優(yōu)點：

  1. 線程的切換不需要轉到內核空間，節(jié)省了模式切換的開銷
  2. 調度算法可以由進程根據(jù)需要，對自己的線程選擇調度算法進行管理和調度，而與OS的低級調度算法無關
  3. 用戶級線程的實現(xiàn)與OS平臺無關，因為對于線程管理的代碼是屬于用戶程序的一部分，因此用戶級線程甚至可以在不支持線程機制的操作平臺上實現(xiàn)

• 缺點：

  1. 系統(tǒng)調用阻塞問題，再基于進程機制的OS中，大多數(shù)系統(tǒng)調用將使進程阻塞，因此當線程執(zhí)行一個系統(tǒng)調用時，不僅該線程被阻塞，而且進程內的所有線程會被阻塞。而內核支持線程中的其他線程依然能運行

  2. 不能利用多處理機進行多重處理的優(yōu)點，內核每次分配給一個進程的僅有一個CPU，因此，進程中僅有一個線程能執(zhí)行，在該線程放棄CPU前，其他線程只能等待

組合方式

• 用戶級線程通過時分多路復用內核支持線程來實現(xiàn)。組合方式的線程中，同一個進程內多個線程可以同時在多處理機上并行執(zhí)行，并且阻塞一個線程，不需要把整個線程都阻塞

線程的實現(xiàn)

內核支持線程的實現(xiàn)

• 系統(tǒng)在創(chuàng)建一個新進程的時候，便為其分配一個任務數(shù)據(jù)區(qū)PTDA（Per Task Data Area），其中包含若干個線程控制塊TCB空間，這些TCB及其所在的任務數(shù)據(jù)區(qū)被保存到內核中，每當進程創(chuàng)建一個線程時，便為線程分配PDTA中的一個TCB，將有關信息填入到該TCB中，并為其分配其運行時所需的必要資源

用戶級線程的實現(xiàn)

• 用戶級線程是在用戶空間實現(xiàn)的，所有的用戶級線程都具有相同的結構，它們都運行在一個中間系統(tǒng)上，當前有兩種方式實現(xiàn)中間系統(tǒng)，即運行時系統(tǒng)和內核控制線程