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多线程与进程之间的关系
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判断题
• 线程机制中，一个进程可以对应多个线 程，一个线程也可以对应若干个进程。
解答：错！
分析：一个进程可以拥有若干个线程，线程从属于
该进程，同一进程内所有线程共享该进程的地址空间， 而不同进程之间的地址空间是完全独立的，如果一个 线程可以对应若干个进程，那么也就意味着不同进程 之间的地址空间可以共享，这显然是错误的。
• 内核支持线程，它们是依赖于内核的， 即无论是用户进程中的线程，还是系统 进程中的线程，它们的创建、撤消、切 换都由内核实现。
• 用户级线程，对于这种线程的创建、撤 消、和切换，都不用系统调用来实现。 内核并不知道用户级线程的存在。
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线程实现方法
用 户 空 间
– 切换效率高
– 允许每一个 进程有自已 定制的调度 算法

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2.用户级线程
• 实现方法：
➢ 基于library函数，系统不可见 ➢ 线程创建、撤销、状态转换在目态完成 ➢ TCB在用户空间，每个进程一个系统栈
• 优点：
➢ 不依赖于操作系统，调度灵活 ➢ 切换无须从目态到管态，速度快 ➢ ULT可运行在任何操作系统上（只需要线程库），可以在一个
stop()
Dead 死亡状态
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8.线程与进程的比较
线程：作为CPU调度单位。
线程只拥有必不可少的资源，如：线程状态、寄存器上下文和栈 同样具有就绪、阻塞和执行三种基本状态
进程：其它资源分配单位（存储器、文件、IO等）。
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空间
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线程模型
• 每个线程拥有自己的栈：局部变量、返回地址
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2.7.1 线程的基本概念
• 进程切换
– 上下文涉及内容多，开销大，“笨重” – 相关进程之间耦合关系差
• 解决方案
– Multi-threading – 同一进程中包含多个线程 – 上下文只涉及寄存器和用户栈，切换速度快 – 相关线程之间通讯方便、快捷
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用 户 空 间 系 统 空 间
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线程库
提供线程运行管理系统：
• 创建、撤消线程 • 在线程之间传递消息和数据 • 调度线程执行 • 保护和恢复线程上下文
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2.用户级线程
• 用户级的线程库能 在不支持线程的操
作系统中实现线程
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线程是比进程更小的能独立运行 的基本单位，对吗？
• 错！ • 当一个进程只含有一个线程时，这时线
程就和进程一样大。引入线程后，线程 是能独立运行、独立调度和分派的基本 单位，进程是拥有资源的基本单位。 • 这句话错在“比进程更小的”。
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不支持线程的OS上实现
• 缺点：
➢ 核心只将处理器分配给进程，在多处理机中同一进程中多个 线程不能真正并行
➢ 一个线程进入系统受阻，进程中其它线程不能执行
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用户级和核心级线程
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例题
• 设进程A拥有1个用户级线程，进程B拥有100 个用户级线程，则在系统调度时各占用几个时 间片？
内 核 空 间 P 1）内核级线程 ULT
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用 户 空 间 线程库
内 核 空 间 P 2）用户级线程
KLT
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用 户 空 间
线程库
内 核 空 间
P
P
3）混合式线程
P
Process
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核心级线程（KLT）
• 所有线程管理由核心完成 • 没有线程库，但核心提供API • 核心维护进程和线程的上下文 • 线程之间的切换需要核心支持 • 以线程为基础进行调度 • 例子：Windows 2000/XP
• 进程与线程
– 进程是资源分配单位 – 线程是CPU执行单位
• 多线程优点
– 切换速度快（地址空间不变） – 系统开销小 – 通讯容易（共享数据空间）
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3.线程控制块
• TCB（Thread control block)
– 标志线程存在的数据结构， 其中包含对线程管理需要 的全部信息．
统开销较大。
2020–/4/1调6 度算法不能灵活山控东农制业大学计算机系
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Win32的API调用
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Unix中的线程API调用
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2.用户级线程
线程
运行时系统
进程
TCB
核心栈
进程表
运行时系统：用于管理和控制线程的函数集合。
释放资源: Lock mutex
mark resource as free; Unlock mutex;
Wakeup(condition variable);
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2.7.2 线程间的同步与通信
3.信号量机制
信号量机制用于实现线程或进程之间的同步
1. 私用信号量——实现同一进程中的线程同步 2. 公用信号量——实现不同进程中的线程或不同进
并行/并发性 共享性
动态性
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5.线程的优点
• 快速切换； • 易于通信； • 并行度高； • 节省内存； • 减少管理开销；
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6.线程的基本状态
(1) 执行状态 (2) 就绪状态 (3) 阻塞状态
2.7 线程(THREAD)
引入线程的目的是简化CPU的进程 调度过程及进程间的通信，以小的 开销来提高系统内的并发程度—减 少时空开销！
1. 线程的基本概念
2. 线程间的同步和通信 3. 线程的实现及控制
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☆ 进程的基本属性 ☆
进程是一个可拥有资源的独立单位 进程是一个可独立调度的基本单位 系统进行的操作： 创建进程 撤销进程 进程切换
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1. 核心级线程
• 实现方法：
– 基于系统调用 – 创建、撤销、状态转换由操作系统完成
• 优点：
– 对多处理器，核心可以同时调度同一进程的多个线程
– 某线程阻塞，其它线程仍可执行
• 缺点：
– 应用程序线程在用户态运行，而线程调度和管理在内
核实现,在同一进程中，控制权从一个线程传送到另一
个线程时需要用户态-内核态-用户态的模式切换，系
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2.7.2 线程间的同步与通信
条件变量的使用
申请资源: Lock mutex check data structure; while (resource busy)
wait(conditon variable); mark resource as busy; Unlock mutex;
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1.核心级线程
核心栈
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线程
用
户
空
进程
间
TCB
系
进程表
统
空
间
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1.核心级线程
• 当一个线程想去 创建一个新线程 或撤消已存在的 线程时，它发出 一个内核调用， 由它完成创建和 回收工作。
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程同步
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2.7.3 线程的实现及控制
• 用户级线程
– User-level thread
• 核心级线程
– Kernel-level thread
• 混合线程
– Hybrid approach
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用户级线程和内核支持线程
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7.线程的创建和终止
创建新线程时，需要利用线程创 建函数(或系统调用)，并提供相 应参数。线程创建函数执行完后， 返回一个线程标识符供以后使用。
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7.线程的创建和终止
线程的终止方式：
自愿退出 被其它线程强行终止
线程被终止后并不立即释放资源，只有当进程 中的其它线程执行分离函数后，资源才分离出 来能被其它线程利用。
• 内容
– 线程标识、线程状态 – 调度参数、现场(通用寄存器,PC,SP)
• 存放位置
– 用户级线程：目态空间 – 核心级线程：管态空间
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4.线程的属性
① 轻型实体：只有一点必不可少的、能保 证独立运行的资源
② CPU调度的基本单位