线程、多线程模型

什么是线程，为什么引入

还没引入进程之前，系统中各个程序只能串行执行。有的进程可能需要“同时”做很多事，而传统的进程只能串行地执行一系列程序。为此，引 入了“线程”，来增加并发度。

可以把线程理解为“轻量级进程”。

线程是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单位。

引入线程之后，不仅是进程之间可以并发，进程内的各线程之间也可以并发，从而进一步提升了系统的并发度，使得一个进程内也可以并发处理各种任务（如QQ视频、文字聊天、传文件)

引入线程后，进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元（如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的)。

引入线程机制后的变化

资源分配、调度

传统进程机制中，进程是资源分配、调度的基本单位

引入线程后，进程是资源分配的基本单位，线程是调度的基本单位

并发性

传统进程机制中，只能进程间并发

引入线程后，各线程间也能并发，提升了并发度

系统开销

传统的进程间并发，需要切换进程的运行环境，系统开销很大

线程间并发，如果是同一进程内的线程切换，则不需要切换进程环境，系统开销小

引入线程后，并发所带来的系统开销减小

线程的属性

• 线程是处理机调度的单位

• 多CPU计算机中，各个线程可占用不同的CPU

• 每个线程都有一个线程ID、线程控制块（TCB)

• 线程也有就绪、阻塞、运行三种基本状态

• 线程几乎不拥有系统资源

• 同一进程的不同线程间共享进程的资源

• 由于共享内存地址空间，同一进程中的线程间通信甚至无需系统干到

• 同一进程中的线程切换，不会引起进程切换

• 不同进程中的线程切换，会引起进程切换

• 切换同进程内的线程，系统开销很小

• 切换进程，系统开销较大

线程的实现

用户级线程

用户级线程由应用程序通过线程库实现。

所有的线程管理工作都由应用程序负责（包括线程切换)

用户级线程中，线程切换可以在用户态下即可完成，无需操作系统干预。

在用户看来，是有多个线程。但是在操作系统内核看来，并意识不到线程的存在。（用户级线程对用户不透明，对操作系统透明)

内核级线程

内核级线程的管理工作由操作系统内核完成。线程调度、切换等工作都由内核负责，因此内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成。

可以这样理解，“内核级线程”就是“从操作系统内核视角看能看到的线程”

多线程模型

在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中，由几个用户级线程映射到几个内核级线程的问题引出了“多线程模型”问题。

多对一模型

多个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用户进程只对应一个内核级线程。

优点：用户级线程的切换在用户空间即可完成，不需要切换到核心态，线程管理的系统开销小，效率高

缺点：当一个用户级线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞，并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行

一对一模型

一个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用户进程有与用户级线程同数量的内核级线程。

优点：当一个线程被阻塞后，别的线程还可以继续执行，并发能力强。多线程可在多核处理机上并行执行。

缺点：一个用户进程会占用多个内核级线程，线程切换由操作系统内核完成，需要切换到核心态，因此线程管理的成本高，开销大。

多对多模型

n用户及线程映射到m个内核级线程(n >= m）。每个用户进程对应m个内核级线程。

克服了多对一模型并发度不高的缺点，又克服了一对一模型中一个用户进程占用太多内核级线程，开销太大的缺点。