操作系统论文

姓名：慕永利

班级：软件11-2班

学号：23号

日期：2013年11月1日

摘要

在操作系统中引入线程，能够减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性。

线程是进程的一个实体，是独立调度和分配的基本单位。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看作多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分。

总而言之，线程是进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体。

关键字：OS（操作系统），ＴＣＢ（线程控制块），进程，线程

目录

1 引言 (4)

1.1 线程问题的引入 (4)

1.2 线程和进程的比较 (4)

２线程理论基础 (5)

２.１线程属性 (5)

２.２线程的状态 (5)

２.３线程的创建和终止 (6)

２.４线程之间的同步和通信 (6)

２.５线程的实现方式 (6)

３线程新技术（超线程技术） (6)

参考文献 (7)

1 引言

1.1线程问题的引入

在早期OS中一直以进程作为能拥有资源和独立运行的基本单位，现在可以有比进程更小的独立运行的基本单位线程。可以用它来提高系统内程序并发执行的程度，从而进一步提高系统的吞吐量。由于近年来多处理及系统得到迅猛发张，线程能比进程更好的提高程序的并发执行程度，充分地发挥多处理机的优越性，所以在多处理机OS中引入线程能够改善OS的性能。

1.2 线程和进程的比较

线程具有许多传统进程所具有的特性，所以又称为轻型进程或进程元，相应的把传统进程称为重型进程，传统进程相当于只有一个线程任务。在引入了线程的OS中通常一个进程都拥有若干个线程，至少也有一个线程。下面我们从调度性、并发性、系统开销和拥有资源等方面对线程和进程进行比较：（１）调度

在传统的操作系统中，作为拥有资源的基本单位和独立调度、分派

的基本单位都是进程。而在引入线程的操作系统中，则把线程作为

调度和分派的基本单位，而进程作为资源拥有的基本单位。把传统

进程的俩个属性分开，使线程基本上不拥有资源，这样线程就能轻

装前行，从而显著的提高系统的并发程度。在同一进程中，线程的

切换不会引起进程的切换，但从一个进程中的线程切换到另一个进

程中的线程时，将会引起进程的切换。

（２）并发性

在引入线程的OS中，不仅进程之间可以并发执行，而且一个进程

的多个线程之间也可以并发执行，使得OS具有更好的并发性，从

而能更加有效的提高系统资源的利用率和系统的吞吐量。

（３）拥有资源

不论是传统的OS，还是引入了线程的OS，进程都可以拥有资源，

是系统中拥有资源的一个基本单位。

（４）系统开销

在创建或撤销进程时，系统都为之创建和回收进程控制块，分配和回收资源，如内存空间和ＩＯ设备等，操作系统所付出的开销明显大于

线程创建和撤销时的开销。就切换而言，进程切换的开销高于线程。此

外，由于一个进程中的多个线程具有相同的地址空间，在同步和通信的

实现方面线程比进程容易。在一些OS中，线程的切换、同步、通信都

无需操作系内核的干预。

２线程理论基础

２.１线程属性

在多线程OS中，通常是在一个进程中包含多个线程，每个线程都是作为利用ＣＰＵ的基本单位，是花费最小开销的实体。线程具有下属特性：（１）轻型实体。线程中的实体基本上不拥有系统资源，只是有一点是必不可少的、能保证其独立运行的资源，比如在每个线程中都应该具

有一个控制线程运行的线程控制块ＴＣＢ，用于指示被执行指令序列的

程序计数器，保留局部变量、少数状态参数和返回地址等的一组寄存器

的堆栈。

（２）独立调度和分派的基本单位。在多线程OS中，线程是独立运

行的基本单位，因而也是调度和分派的基本单位。由于线程很轻，故线

程的切换非常迅速且开销小。

（３）可并发执行。在一个进程中的多个线程之间可以并发执行。甚

至允许在一个进程中的多个线程都能并发执行；同样，不同进程中的线

程也能并发执行。

（４）共享进程资源。在一个进程中的各个线程都可以共享该进程所

拥有的资源，这首先表现在所有的线程都具有相同的地址空间。。这意味着线程可以访问该地址空间中的每个虚地址；此外，还可以访问进程所

拥有的已打开文件、定时器、信号量机构等。

２.２线程的状态

（１）状态参数：

○1寄存器状态，它包括程序计数器ＰＣ和堆栈指针中的内容。

○2堆栈，在堆栈中通常保存有局部变量和返回地址。

○3线程运行状态，用于描述线程正处于何种运行状态。

○4优先级，描述线程执行的优先程度。

○5线程专用寄存器，用于保存线程自己的局部变量拷贝。

○6信号屏蔽，及对某些信号加以屏蔽。

（２）线程运行状态

○1执行状态，表示线程正获得处理机运行。

○2就绪状态，指线程已具备了各种执行条件，获得ＣＰＵ就可执行的状态。

○3阻塞状态，指线程在执行中因某件事而受阻，处于暂停执行时的状态。２.３线程的创建和终止

在多线程的OS环境下，应用程序在启动时，通常仅有一个线程在执行，该线程被人们称为“初始化线程”。它根据需要再去创建若干个线程。在创建新线程时需要利用一个线程创建函数，并提供相应参数，如指向线程主程序的入口指针、堆栈的大小，以及用于调度的优先级等。在线程创建完后，将返回一个线程标识符供以后使用。

如同进程一样，线程也具有生命期。终止线程的方式有俩种：

○1在线程完成了自己的工作后自愿退出。

○2线程在运行中出现错误或由于某种原因而被其它线程强行终止。２.４线程之间的同步和通信

为使系统中的多线程能有条不紊的运行，在系统中必须提供用于实现线程间同步和通信的机制。为了支持不同频率的交互操作和不同程度的并发性，在多线程OS中通常提供多种同步机制，如互斥锁、条件变量、计数信号量以及多读、单写锁等。

２.５线程的实现方式

在不同的系统中线程实现的方式并不完全相同。以下列举几种：

○1内核支持线程

○2用户级线程

○3组合方式

３线程新技术（超线程技术）

超线程技术的原理很简单，以前的单核心处理器，在同一时间内只可以处理一项工作 (线程，Thread)，如果要处理一项以上的工作时，以前的单核心处理器是不可行的，所以英特尔就开发了超线程技术，以一个单核心的处理器，去模拟出双核心的环境，但这并非能够把处理器的效能提升双倍，原因在于实体的核心始终只有一个，而效能有约百分之至二十至三十增长。在奔腾四时代INTEL