第三讲线程

第三讲线程 中国科学技术大学计算机系陈香兰 xlanchen@ustc.edu.cn Fall 2013

内容提要 • 为什么要引入线程？ • 什么是线程？ • Benefits • User and Kernel Threads • Multithreading Models • Solaris 2 Threads • Reading： • 汤子瀛，二版，2.4 • Operating Systems Concepts，7th，chapter4

为什么要引入线程？ • Review 进程 • 考虑一个Web服务器 • A big process that can do everything itself? • For every client, FORK a new process? • 创建一个进程是有代价的 • Fork a new process to do I/O? • 进程间通信是有代价的 • If Multi-processors, ? • 思路： • 引入“分工合作”的概念 • 在进程内部进一步引入“并发”

可行性： • A task = computation/IO units + resources • Computation/IO units • Are (almost) independent in sense of computation/IO • Should share the process’ address space and other resources • So, separate computation/IO and resources

什么是线程？ • 线程：有时又称为轻量级进程 • 是CPU调度的基本单位 • Thread ID + PC + Register Set + stack • 是进程中的一个运行实体 • 同属一个进程的线程之间，共享该进程的 code section, data section, and other resources • Process, a heavyweight process • Traditionally, has only one thread & can do only one task at a time • Now, may contains multiple threads • 资源的拥有者还是进程！

Single- & multithreaded process

引入线程概念后的应用举例 • 网页浏览器 • 显示图片，文字，放音乐，接收数据，… • 文档编辑器 • 显示、输入、拼写检查

线程与进程的比较 • 调度 • 并发性 • 拥有资源 • 系统开销

引入线程的好处 • Responsiveness • Interactive app. • Resource sharing • 1:N • Economy, when • Create a new …, • E.g., in Solaris, 30 times slower • Context switch, • 5 times slower • Utilization of multiprocessor architectures • Threads of the same process may be running in parallel

引入线程，概念上的一些转变 • 进程基本属性的变化 • 独立性、调度和资源分配的单位 • 切换的变化 • 在同一进程内，线程的切换不会引起进程的切换； • 地址空间上的变化： • 在同一进程内，各线程共享同一地址空间； • 一进程中的线程在另一进程中是不可见的； • 通信手段上的变化： • 同一进程内的线程间的通信主要是基于全局变量进行的；而以同步手段为辅。

User threads VS. Kernel threads 线程的实现方式

多线程的实现模型 • User threads + kernel threads • Three types • N:1(N>1) • 1:1 • N:M(N>=M)

N:1, 1:1 & N:M

Solaris 2 Threads • User thread + LWP + kernel thread • N(1):1(0):1 • Bound VS. unbound user-level thread • LWP pool for a App. • SMP

回顾 • Benefits • User and Kernel Threads • Multithreading Models

作业 • 阅读参考书，请给出线程的定义。讲明出处。 • 阅读参考书，说明线程概念有几种实现方式？什么是用户态线程，什么是内核态线程？它们之间的对应关系有几种？说明出处。 • 与进程相比，引入线程主要有哪些好处？ • 无上机作业

第三讲 线程