计算机操作系统多线程
操作系统 实验 进程调度 银行家算法 多线程编程 存储管理 磁盘调度
实验一进程调度实验学时：2学时实验类型：设计实验要求：必修一、实验目的多道程序设计中，经常是若干个进程同时处于就绪状态，必须依照某种策略来决定那个进程优先占有处理机。
因而引起进程调度。
本实验模拟在单处理机情况下的处理机调度问题，加深对进程调度的理解。
二、实验内容1．优先权法、轮转法简化假设1）进程为计算型的（无I/O）2）进程状态：ready、running、finish3）进程需要的CPU时间以时间片为单位确定2．算法描述1）优先权法——动态优先权当前运行进程用完时间片后，其优先权减去一个常数。
2）轮转法三、流程图四、实验程序代码package进程调度;/***@author**/public class CPCB {private String name;private int time;private int count;public int getCount() {return count;}public void setCount(int count) { this.count = count;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) { = name;}public int getTime() {return time;}public void setTime(int time) {this.time = time;}}package进程调度;/***@author**/class PCB{private String name;private int time ;private int priority ;public int getTime(){return time;}public void setTime(int time){this.time = time;}public int getPriority(){return priority;}public void setPriority(int priority){ this.priority = priority;}public String getName() {return name;}public void setName(String name) { = name;}}package进程调度;import java.util.LinkedList;/***@author**/class process{private final static int nap_time = 500;private LinkedList<PCB> queue = new LinkedList<PCB>();private LinkedList<CPCB> cqueue = new LinkedList<CPCB>();//优先权算法public void go(int p_Num) throws Exception{for(int i = 0;i<p_Num;i++){PCB pcb = new PCB();int time = (int)(Math.random()*20+1);int pri = (int)(Math.random()*20+4);pcb.setName("进程"+i);pcb.setTime(time);pcb.setPriority(pri);queue.add(pcb);}queue = this.sort(queue);int i=0;while(queue.size()!=0){PCB pcb = (PCB)queue.getFirst();System.out.println(i+"\t\t"+pcb.getName()+"运行\t"+"优先级:"+pcb.getPriority()+"---所需时间:"+pcb.getTime());// Thread.sleep(nap_time);int pre = pcb.getPriority() - 3;int time = pcb.getTime() - 1;if(time<=0){System.out.println(pcb.getName()+"\t\t进程运行结束");PCB p = (PCB)queue.removeFirst();System.out.println("移除队列的进程是\t\t"+p.getName()+"\n队列中还有"+queue.size()+"个进程\n");}else{queue.remove();pcb.setPriority(pre);pcb.setTime(time);// System.out.println("运行后:"+i+"----"+pcb.getName()+"---优先级:"+pcb.getPriority()+"---所需时间:"+pcb.getTime());queue.add(pcb);queue = this.sort(queue);}i++;}}//时间片轮转调度算法public void cycle(int p_Num) throws Exception{final int time = 3; //定义轮转时间片数for(int i = 0;i<p_Num;i++){CPCB cpcb = new CPCB();cpcb.setTime((int)(Math.random()*20)+1);cpcb.setName("进程"+i);cpcb.setCount(0);cqueue.add(cpcb);}while(cqueue.size()!=0){CPCB cpcb = (CPCB)cqueue.getFirst();while(cpcb.getCount()!=time){// Thread.sleep(nap_time);cpcb.setTime(cpcb.getTime() - 1);cpcb.setCount(cpcb.getCount()+1);for(int i=0;i<cqueue.size();i++)//输出进程运行情况{CPCB cpcb1 = (CPCB)cqueue.get(i);System.out.println(cpcb1.getName()+"\t\t所需时间片数"+cpcb1.getTime()+"\t\t已占用CPU时间片数"+cpcb1.getCount());}if(cpcb.getTime()==0){System.out.println(cpcb.getName()+"运行结束\n"+"-------------移除队列的是"+cpcb.getName()+"-------------");cqueue.removeFirst();System.out.println("-------------队列中还有"+cqueue.size()+"个进程--------------");break;}if(cpcb.getCount()==time){// cqueue.remove();System.out.println("----因为"+cpcb.getName()+"占用CPU时间片数"+cpcb.getCount()+"="+time);System.out.println(cpcb.getName()+"时间片运行结束"+cpcb.getCount()+cpcb.getTime());CPCB p = (CPCB)cqueue.removeFirst();cqueue.add(p);cpcb.setCount(0);break;}}}}public LinkedList<PCB> sort(LinkedList<PCB> processes){for(int i=0;i<processes.size();i++){PCB thread = new PCB();thread = processes.get(i);for(int j=i+1;j<processes.size();j++){if(thread.getPriority() < processes.get(j).getPriority()){PCB mythread = new PCB();mythread = thread;//thread = processes.get(j);processes.set(i, processes.get(j));processes.set(j, mythread);}}}return processes;}}package 进程调度;import java.io.BufferedReader;import java.io.InputStreamReader;/**** @author 邱福文**/public class MainFun{public void FPF(){}public static void main (String[] args) throws Exception{Integer n2;do{System.out.print("请输入进程数:");BufferedReader sin = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));String str = sin.readLine();Integer n = Integer.parseInt(str);System.out.print("请输入调度算法:\n"+"1为优先权\n"+"2为轮转法\n"+"0 退出\n");BufferedReader sin2 = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));String str2 = sin2.readLine();process p = new process();// do{n2 = Integer.parseInt(str2);switch(n2){case 0:break;case 1:p.go(n);break;case 2:p.cycle(n);break;default:System.out.print("输入有误请重新输入");break;}}while(n2!=0);}}五、实验结果请输入进程数:3请输入调度算法:1为优先权2为轮转法0 退出10 进程0运行优先级:19---所需时间:181 进程1运行优先级:19---所需时间:152 进程0运行优先级:16---所需时间:173 进程1运行优先级:16---所需时间:144 进程0运行优先级:13---所需时间:165 进程1运行优先级:13---所需时间:136 进程2运行优先级:10---所需时间:87 进程0运行优先级:10---所需时间:158 进程1运行优先级:10---所需时间:129 进程2运行优先级:7---所需时间:710 进程0运行优先级:7---所需时间:1411 进程1运行优先级:7---所需时间:1112 进程2运行优先级:4---所需时间:613 进程0运行优先级:4---所需时间:1314 进程1运行优先级:4---所需时间:1015 进程2运行优先级:1---所需时间:516 进程0运行优先级:1---所需时间:1217 进程1运行优先级:1---所需时间:918 进程2运行优先级:-2---所需时间:419 进程0运行优先级:-2---所需时间:1120 进程1运行优先级:-2---所需时间:821 进程2运行优先级:-5---所需时间:322 进程0运行优先级:-5---所需时间:1023 进程1运行优先级:-5---所需时间:724 进程2运行优先级:-8---所需时间:225 进程0运行优先级:-8---所需时间:926 进程1运行优先级:-8---所需时间:627 进程2运行优先级:-11---所需时间:1 进程2 进程运行结束移除队列的进程是进程2队列中还有2个进程28 进程0运行优先级:-11---所需时间:829 进程1运行优先级:-11---所需时间:530 进程0运行优先级:-14---所需时间:731 进程1运行优先级:-14---所需时间:432 进程0运行优先级:-17---所需时间:633 进程1运行优先级:-17---所需时间:334 进程0运行优先级:-20---所需时间:535 进程1运行优先级:-20---所需时间:236 进程0运行优先级:-23---所需时间:437 进程1运行优先级:-23---所需时间:1 进程1 进程运行结束移除队列的进程是进程1队列中还有1个进程38 进程0运行优先级:-26---所需时间:339 进程0运行优先级:-29---所需时间:240 进程0运行优先级:-32---所需时间:1进程0 进程运行结束移除队列的进程是进程0队列中还有0个进程请输入进程数:3请输入调度算法:1为优先权2为轮转法0 退出2进程0 所需时间片数8 已占用CPU时间片数1 进程1 所需时间片数6 已占用CPU时间片数0 进程2 所需时间片数13 已占用CPU时间片数0 进程0 所需时间片数7 已占用CPU时间片数2 进程1 所需时间片数6 已占用CPU时间片数0 进程2 所需时间片数13 已占用CPU时间片数0 进程0 所需时间片数6 已占用CPU时间片数3 进程1 所需时间片数6 已占用CPU时间片数0 进程2 所需时间片数13 已占用CPU时间片数0 ----因为进程0占用CPU时间片数3=3进程0时间片运行结束36进程1 所需时间片数5 已占用CPU时间片数1 进程2 所需时间片数13 已占用CPU时间片数0 进程0 所需时间片数6 已占用CPU时间片数0 进程1 所需时间片数4 已占用CPU时间片数2 进程2 所需时间片数13 已占用CPU时间片数0 进程0 所需时间片数6 已占用CPU时间片数0 进程1 所需时间片数3 已占用CPU时间片数3 进程2 所需时间片数13 已占用CPU时间片数0 进程0 所需时间片数6 已占用CPU时间片数0 ----因为进程1占用CPU时间片数3=3进程1时间片运行结束33进程2 所需时间片数12 已占用CPU时间片数1 进程0 所需时间片数6 已占用CPU时间片数0 进程1 所需时间片数3 已占用CPU时间片数0 进程2 所需时间片数11 已占用CPU时间片数2 进程0 所需时间片数6 已占用CPU时间片数0 进程1 所需时间片数3 已占用CPU时间片数0 进程2 所需时间片数10 已占用CPU时间片数3 进程0 所需时间片数6 已占用CPU时间片数0----因为进程2占用CPU时间片数3=3进程2时间片运行结束310进程0 所需时间片数5 已占用CPU时间片数1 进程1 所需时间片数3 已占用CPU时间片数0 进程2 所需时间片数10 已占用CPU时间片数0 进程0 所需时间片数4 已占用CPU时间片数2 进程1 所需时间片数3 已占用CPU时间片数0 进程2 所需时间片数10 已占用CPU时间片数0 进程0 所需时间片数3 已占用CPU时间片数3 进程1 所需时间片数3 已占用CPU时间片数0 进程2 所需时间片数10 已占用CPU时间片数0 ----因为进程0占用CPU时间片数3=3进程0时间片运行结束33进程1 所需时间片数2 已占用CPU时间片数1 进程2 所需时间片数10 已占用CPU时间片数0 进程0 所需时间片数3 已占用CPU时间片数0 进程1 所需时间片数1 已占用CPU时间片数2 进程2 所需时间片数10 已占用CPU时间片数0 进程0 所需时间片数3 已占用CPU时间片数0 进程1 所需时间片数0 已占用CPU时间片数3 进程2 所需时间片数10 已占用CPU时间片数0 进程0 所需时间片数3 已占用CPU时间片数0 进程1运行结束-------------移除队列的是进程1--------------------------队列中还有2个进程--------------进程2 所需时间片数9 已占用CPU时间片数1 进程0 所需时间片数3 已占用CPU时间片数0 进程2 所需时间片数8 已占用CPU时间片数2 进程0 所需时间片数3 已占用CPU时间片数0 进程2 所需时间片数7 已占用CPU时间片数3 进程0 所需时间片数3 已占用CPU时间片数0 ----因为进程2占用CPU时间片数3=3进程2时间片运行结束37进程0 所需时间片数2 已占用CPU时间片数1 进程2 所需时间片数7 已占用CPU时间片数0 进程0 所需时间片数1 已占用CPU时间片数2 进程2 所需时间片数7 已占用CPU时间片数0 进程0 所需时间片数0 已占用CPU时间片数3 进程2 所需时间片数7 已占用CPU时间片数0 进程0运行结束-------------移除队列的是进程0--------------------------队列中还有1个进程--------------进程2 所需时间片数6 已占用CPU时间片数1进程2 所需时间片数4 已占用CPU时间片数3----因为进程2占用CPU时间片数3=3进程2时间片运行结束34进程2 所需时间片数3 已占用CPU时间片数1进程2 所需时间片数2 已占用CPU时间片数2进程2 所需时间片数1 已占用CPU时间片数3----因为进程2占用CPU时间片数3=3进程2时间片运行结束31进程2 所需时间片数0 已占用CPU时间片数1进程2运行结束-------------移除队列的是进程2--------------------------队列中还有0个进程--------------请输入进程数:实验二银行家算法一、实验目的死锁会引起计算机工作僵死，因此操作系统中必须防止。
操作系统中的进程、线程与Java的多线程
动 态概 念 ， 有动 态 属 性 ， 一 个 进 程 都是 具 每
由 内 核 对 象 和 地 址 空 间 所 组 成 的 ， 核对 内
据 以 及 线 程 堆 栈 、 分 配 空 间 等 动 态 分 配 堆
的空间 。
ｅ ｊ ｖ ， ａ ａｙ ｉ ｇ ｒ ｍ ｈ ｂ ｓｃ ｏ ｃ ｐ ｏ ｔ ｅ ｒｃ ｓ ｄ ａａ ｎ ｌｚ ｎ ｆ ｏ ｔ ｅ ａ ｉ ｃ ｎ ｅ ｔ ｆ ｈ ｐ ｏ ｅｓ， ｔ ｅ ｄ ｎ ａ ｄ ｈｒａ ｉ ｇ ｎ ｍｕ ｔ－ｔ ｅ ｄ ｎ ， ｄ ｍｏ ｓｒ ｔｏ ａ ｅ ｌｏ ｆｅ ｅ ｏ ｈ ｗ ｔ ｌｉ ｈｒａ ｉ ｇ ｅ ｎ ｔａ ｉｎｓ ｒ ａｓ ｏ ｆ ｒｄ ｓ ｏ ｈ
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程 。
中， 是一个Ｅ 就 ＸＥ文 件 的 执 行 过 程 。 一 个 是
址 空 间 则 包 括 了所 有 程 序 模 块 的 代 码 和数
多线程实现的原理
多线程实现的原理多线程主要是为了提高计算机程序的执行效率，它可以使程序同时进行多个任务，而不像单线程一样需要等待当前的任务完成以后才能执行下一个任务。
多线程是一种并发编程技术，许多编程语言都支持多线程编程，例如Java、Python等。
多线程实现的基本原理是利用CPU的时间片轮转算法，CPU可以快速地在多个线程之间进行切换，从而实现多个线程同时执行的效果。
接下来，我们将分步骤阐述多线程实现的原理：1. 线程的创建：在程序开始运行时，创建一个主线程。
如果需要使用多线程，可以在主线程内创建多个子线程。
2. 线程的调度：每个线程都会被分配一个时间片，当某个线程的时间片用完时，操作系统会将该线程置于等待状态，同时将 CPU 分配给其他线程。
等待状态的线程会进入操作系统的等待队列等待下一次执行。
3. 线程的同步：多个线程之间要共享数据，就需要进行线程同步。
线程同步可以通过互斥锁、信号量、条件变量等方式进行实现。
4. 线程的销毁：线程的结束是由操作系统负责的。
当某个线程完成任务后，操作系统会将该线程从运行状态转变为终止状态，并清除该线程占用的系统资源。
5. 线程的优先级：每个线程都有一个优先级，优先级较高的线程会先被执行。
线程的优先级可以通过设置线程优先级的方式进行调整。
总结起来，多线程实现的原理就是利用操作系统的时间片轮转算法实现线程的调度。
多个线程之间共享数据需要进行线程同步，线程的创建和销毁由操作系统负责。
线程的优先级可以通过设置线程优先级的方式进行调整。
在实际的程序开发中，多线程可以提高程序的执行效率，但也需要注意线程安全的问题，避免发生数据竞争等问题。
因此，在使用多线程时需要仔细考虑线程的同步与锁的使用，以确保程序的正确性和稳定性。
如何通过多线程提高程序运行速度
多线程是一种并行计算的方式，可以同时执行多个任务，从而提高程序运行速度。
在计算机系统中，每个线程都有自己的程序计数器、寄存器集合、栈和局部变量等。
多个线程可以共享全局变量和堆内存，从而实现任务的并行处理。
一、多线程的概念与好处多线程是指一个进程中同时运行多个线程，每个线程处理不同的任务。
相比于单线程，多线程可以更充分地利用计算机系统的资源，提高程序的运行效率。
多线程的好处有以下几个方面：1. 提高程序运行速度：通过同时执行多个任务，可以实现并行计算，从而减少程序的运行时间。
2. 提高计算机系统的资源利用率：通过合理安排线程的执行顺序，可以充分利用计算机系统的CPU、内存等资源，提高系统的整体性能。
3. 增强用户体验：多线程可以使程序的响应更加迅速，用户操作不再被等待，提高了用户的操作体验。
二、多线程的实现方式在Java语言中，多线程可以通过继承Thread类或者实现Runnable接口来实现。
下面分别介绍这两种方式。
1. 继承Thread类：通过继承Thread类，重写其run方法，即可创建一个新的线程。
然后调用start方法启动线程，并通过join方法等待线程执行完毕。
这种方式简单直接，但是由于Java不支持多重继承，因此在使用时可能会受到限制。
2. 实现Runnable接口：通过实现Runnable接口，重写其run方法，然后创建Thread对象，将实现了Runnable接口的对象作为参数传入，即可创建一个新的线程。
与继承Thread类相比，实现Runnable接口的方式更具灵活性，因为Java支持多个接口的实现。
三、多线程的注意事项在使用多线程的过程中，需要注意以下几点：1. 线程安全：多线程访问共享资源时，可能会导致数据不一致或者冲突的问题，因此需要采取一定的措施来保证线程的安全性，如使用锁机制、同步代码块等。
2. 上下文切换：在多线程之间进行切换时，需要保存和恢复线程的上下文信息，可能涉及到一定的开销。
为什么要使用多线程
为什么要使⽤多线程1．耗时的操作使⽤线程，提⾼应⽤程序响应2．并⾏操作时使⽤线程，如C/S架构的服务器端并发线程响应⽤户的请求。
3．多CPU系统中，使⽤线程提⾼CPU利⽤率4．改善程序结构。
⼀个既长⼜复杂的进程可以考虑分为多个线程，成为⼏个独⽴或半独⽴的运⾏部分，这样的程序会利于理解和修改。
使⽤多线程的理由之⼀是和进程相⽐，它是⼀种⾮常花销⼩，切换快，更"节俭"的多任务操作⽅式。
在Linux系统下，启动⼀个新的进程必须分配给它独⽴的地址空间，建⽴众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段，这是⼀种"昂贵"的多任务⼯作⽅式。
⽽运⾏于⼀个进程中的多个线程，它们彼此之间使⽤相同的地址空间，共享⼤部分数据，启动⼀个线程所花费的空间远远⼩于启动⼀个进程所花费的空间，⽽且，线程间彼此切换所需的时间也远远⼩于进程间切换所需要的时间。
使⽤多线程的理由之⼆是线程间⽅便的通信机制。
对不同进程来说，它们具有独⽴的数据空间，要进⾏数据的传递只能通过通信的⽅式进⾏，这种⽅式不仅费时，⽽且很不⽅便。
线程则不然，由于同⼀进程下的线程之间共享数据空间，所以⼀个线程的数据可以直接为其它线程所⽤，这不仅快捷，⽽且⽅便。
当然，数据的共享也带来其他⼀些问题，有的变量不能同时被两个线程所修改，有的⼦程序中声明为static的数据更有可能给多线程程序带来灾难性的打击，这些正是编写多线程程序时最需要注意的地⽅。
除了以上所说的优点外，不和进程⽐较，多线程程序作为⼀种多任务、并发的⼯作⽅式，当然有以下的优点： 1) 提⾼应⽤程序响应。
这对图形界⾯的程序尤其有意义，当⼀个操作耗时很长时，整个系统都会等待这个操作，此时程序不会响应键盘、⿏标、菜单的操作，⽽使⽤多线程技术，将耗时长的操作（time consuming）置于⼀个新的线程，可以避免这种尴尬的情况。
2) 使多CPU系统更加有效。
操作系统会保证当线程数不⼤于CPU数⽬时，不同的线程运⾏于不同的CPU上。
操作系统的多任务与多线程支持
操作系统的多任务与多线程支持操作系统是计算机系统中最为核心的软件之一，它负责管理和控制计算机中的硬件资源以及运行程序的执行。
多任务和多线程是操作系统的两个重要特性，它们在提高计算机系统性能、资源利用率和用户体验等方面发挥着重要作用。
一、多任务支持多任务是指操作系统能够同时运行多个程序，并且给用户的感觉是这些程序在同时进行。
操作系统通过轮询或者中断的方式在不同程序之间进行切换，为每个程序分配一定的执行时间片，给用户一种同时运行多个程序的错觉。
多任务支持使得用户能够方便地在计算机上同时运行多个应用程序，例如同时打开多个浏览器窗口、编辑文档和播放音乐等。
同时，多任务也提高了计算机系统的资源利用率，因为在一个时间片内，操作系统可以将执行权交给其他程序，使得系统中的计算资源得到充分利用。
在多任务系统中，操作系统通过调度算法来决定每个程序的执行顺序和时间片大小。
常见的调度算法有先来先服务（FCFS）、时间片轮转、优先级调度等。
这些算法根据不同的系统需求和优先级策略来进行选择。
二、多线程支持多线程是指在一个程序内部，能够同时执行多个子任务或者称之为线程的部分。
多线程在一个进程内共享同一块内存空间，各个线程之间可以共享数据和资源，使得程序的并发度增加，进而提高系统的吞吐量和响应速度。
多线程支持使得程序在执行过程中能够以更高效的方式处理并发任务，因为线程之间切换的开销要远远小于进程之间的切换。
此外，多线程也能够简化程序的编写，通过将程序拆分为多个线程来处理不同的任务，使得程序的结构更加清晰和模块化。
在多线程系统中，操作系统需要提供线程的管理和调度功能。
通过线程调度算法，操作系统能够决定哪些线程先被执行、如何切换线程以及如何调整不同线程之间的优先级。
常见的线程调度算法有抢占式调度、协同式调度和时间片轮转等。
三、多任务与多线程的关系多任务和多线程是操作系统中相关但又具有不同概念和作用的特性。
多任务是指操作系统能够同时运行多个程序，而多线程是指一个程序内部可以同时执行多个线程。
操作系统实用教程——单用户多任务和多线程操作系统
操作系统实用教程——单用户多任务和多线程操作系统原著：David Levine 编译：王立群5.1、Macintoch计算机的起源在1973年，一种称为ALTO的革命性的计算机系统在施乐帕罗奥多研究中心被设计出来。
这种计算机从未销售过，但是有超过200台的这种计算机给予了大学和其他的研究所。
建造这种计算机每台大约花费32000美元，其包括革命性的技术，例如我们如今所知道的GUI的先驱、网卡的类型和鼠标等等。
后来的系统，叫做施乐之星，包含了许多相同的特性。
它以每台16600美元的价格销售。
这对于个人计算机来说仍然是昂贵的而且该系统在商业上并不成功。
但是，这些系统被另外一些有眼力的个人计算机制造商所看重，他们开始生产一些包含上述思想的、可接受的系统。
在这些拓荒者之中就有苹果计算机系统的Steven Jobs，该系统是首个在商业上成功的个人计算机。
苹果首先开发了Apple Lisa，以每台10000美元的价格零售。
它类似于施乐之星，也是在商业上失败的例子。
但是，苹果技术有所积累而最终在1984年提出了Macintoch个人计算机，以每台2500美元的价格零售，在相同的领域内像是IBM PC。
Mac似乎比Lisa更适合于普通人，GUI界面使得它非常易于使用，所以它很快就获得了成功。
Macintosh的硬件采用的是摩托罗拉68000系列的CPU。
5.2、Macintosh操作系统——系统1最早发布的Mac操作系统被称作系统1。
系统1有几个当时典型的操作系统的特征。
它也有几个因它的GUI所带来的唯一特性。
5.2.1、GUI系统1有桌面、窗口、图标以及鼠标、菜单和滚动条，见图5.1。
桌面上有一个通过拖放它们到图标上来删除项目的垃圾桶图标。
这些都是比喻的说法而且在今天来说是想当然的，但是在当时，它们是相当革命性的。
与Palm操作系统不同，该操作系统的设计假设屏幕足够的大，以容纳一个以上的窗口，或者用不占据整个屏幕的窗口来显示桌面。
什么情况下使用多线程
什么情况下使用多线程
使用多线程是为了能够同时处理多个任务，提高程序的并发性和响应性。
以下是一些常见的情况下使用多线程的场景。
1.高并发：当需要同时处理大量请求时，使用多线程可以提高系统的并发能力。
例如，一个网络服务器需要同时处理多个客户端请求，每个请求可能会导致服务器执行一些耗时的操作，如读取文件或数据库查询。
在这种情况下，每个请求可以分配一个线程来处理，而不会因为其中一些请求的阻塞而导致其他请求被延迟。
3.并行计算：当需要进行大规模计算或处理复杂算法时，使用多线程可以将计算任务分配给多个处理器或内核，并行执行。
这种方式可以有效地缩短计算时间，提高程序的性能。
例如，图像处理、视频编码、科学计算等领域通常会使用多线程进行并行计算。
4.IO密集型任务：当任务涉及到大量的IO操作时，使用多线程可以充分利用CPU的空闲时间，提高程序的执行效率。
例如，文件的读取和写入、网络通信等操作都可以使用多线程来实现。
5.交互性应用程序：当需要处理用户的输入和响应时，使用多线程可以提供更好的用户体验。
例如，给定一个图形界面应用程序，用户在主线程中进行操作，而与用户界面相关的任务可以在后台线程中执行，以避免在主线程中进行耗时的操作而导致界面冻结。
然而，使用多线程也存在一些潜在的问题和挑战，例如线程之间的同步和互斥、资源竞争、死锁等。
程序员需要仔细考虑这些问题，并采取适当的措施来解决和避免这些问题。
总而言之，使用多线程可以在合适的情况下提高程序的并发性和响应性，但也需要合理使用，并针对具体的需求选择适当的线程模型和同步机制。
操作系统并发的名词解释
操作系统并发的名词解释操作系统是计算机的核心软件之一，负责管理和协调计算机硬件和软件资源。
在多任务环境下，操作系统必须处理并发的任务，以提高计算机的效率和性能。
并发是指在同一时间间隔内，多个事件、任务或进程同时执行的能力。
在操作系统中，有一些与并发相关的重要概念和术语，本文将对其进行解释。
1. 进程（Process）进程是计算机中运行的程序的实例。
每个进程都有自己的内存空间和资源，可以独立运行，并且可以与其他进程进行通信。
操作系统通过分配时间片来实现多个进程的并发执行，每个进程占用一定的CPU时间，然后切换到下一个进程。
2. 线程（Thread）线程是进程中的一个执行单元。
一个进程可以包含多个线程，它们共享进程的资源，如内存空间和打开的文件。
线程可以独立执行，通过操作系统的调度机制来实现并发。
多线程的好处在于可以更有效地利用计算机的CPU资源，提高程序的响应速度。
3. 上下文切换（Context Switching）上下文切换是指操作系统从一个正在执行的进程或线程切换到另一个进程或线程的过程。
在切换过程中，操作系统需要保存当前进程或线程的上下文信息，并加载需要执行的进程或线程的上下文信息。
上下文切换是实现并发的基本机制，但它也带来了一定的开销，因为保存和加载上下文信息需要时间和计算资源。
4. 同步（Synchronization）同步是多个进程或线程之间协调和共享资源的一种机制。
在并发环境中，多个进程或线程可能同时访问和修改共享资源，而没有适当的同步机制可能导致数据不一致和竞态条件等问题。
常见的同步机制包括互斥锁、信号量和条件变量等，它们可以确保临界区的互斥访问和协调进程或线程之间的顺序。
5. 互斥锁（Mutex）互斥锁是一种常用的同步机制，用于防止多个线程同时访问共享资源。
当一个线程获取了互斥锁后，其他线程必须等待锁的释放才能访问该资源。
互斥锁保证了对共享资源的互斥访问，防止了数据竞争和不一致性。
CPU多线程作用
CPU多线程作用CPU多线程技术是现代计算机提高处理能力的一种重要手段。
在传统的单线程计算机中，CPU只能一次执行一个指令，造成CPU资源的浪费。
而多线程技术可以同时处理多个线程，使得CPU的计算能力得到充分利用，从而提高了计算机的整体性能。
多线程技术的作用主要有以下几个方面：2.提高计算机的整体性能：多线程技术使得计算机的CPU能够同时处理多个线程，使得计算机在同一时间内能够完成更多工作。
例如，多线程技术可以使得计算机同时进行复杂的数据计算、网络传输、图形渲染等多个任务，提高了计算机的整体性能。
3.支持并发处理：多线程技术可以支持多个进程同时进行，实现并发执行。
在多核CPU中，每个核心都可以拥有自己的线程，从而可以支持更多的并发执行。
例如，在服务器中，多线程技术可以支持同时处理多个客户端请求，提高了服务器的处理能力。
4.提高系统资源利用率：多线程技术可以使得计算机的各种资源得到充分利用，提高了系统资源的利用率。
例如，在计算机游戏中，多线程技术可以使得CPU、内存、显卡等硬件资源同时得到充分利用，提高了游戏的流畅度和画面效果。
5.实现复杂的任务调度：多线程技术可以使得计算机能够同时处理多个线程，实现复杂的任务调度。
例如，在操作系统中，多线程技术可以支持多个应用程序同时运行，使得操作系统可以在同一时间内为多个应用程序分配计算资源，提高了系统的稳定性和效率。
尽管多线程技术有很多优点，但也存在一些问题和挑战。
其中最主要的问题是线程之间的互斥和同步。
由于多个线程访问共享资源时可能会引起冲突，需要采取合适的同步机制来保证多个线程之间的协调和互斥。
这种同步机制的设计和实现是多线程编程中最困难的部分，需要仔细考虑各种线程间的竞争条件和死锁等问题。
另外，多线程技术也存在一定的局限性。
首先，多线程技术并不是适用于所有的应用程序和场景。
例如，对于串行的、逻辑简单的程序，多线程技术可能会带来额外的开销，而不会带来明显的性能提升。
linux和windows通用的多线程方法
linux和windows通用的多线程方法
多线程是一种在计算机程序中处理多个相似或相关的任务的技术。
无论是在Linux还是Windows中，多线程的实现都是类似的。
以下是一些通用的多线程方法：
1. 创建线程：使用线程库中提供的函数，例如在Linux中使用pthread_create()，在Windows中使用CreateThread()。
2. 同步线程：使用同步机制来保护共享资源，例如在Linux中使用pthread_mutex_lock()和pthread_mutex_unlock()，在Windows 中使用CriticalSection。
3. 线程间通信：使用消息传递或共享内存等机制来实现线程间通信。
在Linux中，可以使用管道、共享内存和信号量等。
在Windows 中，可以使用命名管道和邮槽等。
4. 线程池：创建一个线程池来管理多个线程，这样可以避免频繁地创建和销毁线程，提高效率。
5. 轮询：使用循环不断地检查线程是否完成任务，从而避免阻塞主线程。
总的来说，多线程在Linux和Windows中的实现都是类似的，只要掌握了基本的多线程概念和方法，就可以在两个操作系统中进行开发。
多线程工作原理
多线程工作原理
多线程是指在一个程序中同时运行多个线程，每个线程都可以执行不同的任务。
多线程的工作原理是操作系统分配给每个线程一个时间片，使得每个线程按照一定的顺序交替执行，从而实现并发执行的效果。
具体来说，多线程的工作原理包括以下几个方面：
1. 线程调度：操作系统根据一定的调度算法，给每个线程分配一个时间片，使得每个线程都能得到执行的机会。
线程调度可以采用抢占式调度或协作式调度。
2. 上下文切换：当一个线程的时间片用完或者被其他高优先级的线程抢占时，操作系统会进行上下文切换，将当前线程的状态保存下来，并加载下一个要执行的线程的状态。
这个过程包括保存和恢复线程的寄存器、堆栈和程序计数器等状态信息。
3. 共享资源的互斥访问：多个线程在同时访问共享资源时可能产生冲突，为了避免数据不一致的问题，需要采取同步机制，如互斥锁、条件变量等，来保证只有一个线程可以访问共享资源。
4. 线程间的通信：多个线程之间通常需要进行数据交换和同步，可以通过共享内存、消息队列、管道、信号量等机制来实现线程间的通信。
总之，多线程的工作原理是操作系统通过调度和切换线程的方
式，使得多个线程可以并发执行，并通过同步和通信机制来保证线程之间的正确交互。
Win32多线程编程
（2）CloseHandle，用于关闭对象，其函数原型为： BOOL CloseHandle(HANDLE hObject);
如果函数执行成功，则返回 TRUE；否则返回 FALSE，我们可以通过 GetLastError 函数进一步可以获 得错误原因。
C 运行时库 在 VC++6.0 中，有两种多线程编程方法：一是使用 C 运行时库及 WIN32 API 函数，另一种方法是使 用 MFC，MFC 对多线程开发有强大的支持。 标准 C 运行时库是 1970 年问世的，当时还没有多线程的概念。因此，C 运行时库早期的设计者们不可能考 虑到让其支持多线程应用程序。 Visual C++提供了两种版本的 C 运行时库，-个版本供单线程应用程序调用，另一个版本供多线程应用程序 调用。多线程运行时库与单线程运行时库有两个重大差别： （1）类似 errno 的全局变量，每个线程单独设置一个； 这样从每个线程中可以获取正确的错误信息。 （2）多线程库中的数据结构以同步机制加以保护。 这样可以避免访问时候的冲突。
通过下列代码就可以遍历系统中的进程，获得进程列表：
//获取当前进程总数 EnumProcesses(process_ids, sizeof(process_ids), &num_processes);
//遍历进程 for (int i = 0; i < num_processes; i++)
{ //根据进程 ID 获取句柄 process[i] = OpenProcess(PROCESS_QUERY_INFORMATION | PROCESS_VM_READ, 0,
2、获取进程信息 在 WIN32 中，可使用在 PSAPI .DLL 中提供的 Process status Helper 函数帮助我们获取进程信息。 （1）EnumProcesses()函数可以获取进程的 ID，其原型为：
实验一 Windows多线程
操作系统实验指导书课程号：1002060106适用专业：计算机各专业制定人：吴江红教研室：计算机科学与技术教研室计算机科学与信息工程学院2012 年5 月前言操作系统是计算机的核心和灵魂。
操作系统软件的设计对整个计算机的功能和性能起着至关重要的作用，所以此门课也是必不可少的，是面向计算机科学与技术、网络工程、软件工程等大多数计算机专业本科生和研究生开设的一门计算机专业课程。
操作系统是计算机系统的核心，《操作系统》课程是计算机科学与技术专业的重要必修课。
本课程的目的是使学生掌握现代计算机操作系统的基本原理、基本设计方法及实现技术，具有分析现行操作系统和设计、开发实际操作系统的基本能力。
本课程的理论性强，内容抽象，特别是进程管理，需要通过严密的逻辑思维来想象微观时间世界中的处理机调度与运行。
通过学习使学生掌握计算机操作系统的基本原理及组成；计算机操作系统的基本概念和相关的新概念、名词及术语；了解计算机操作系统的发展特点、设计技巧和方法；对常用计算机操作系统(Dos、Windows和Unix或 Linux) 会进行基本的操作使用。
实验要求为了顺利完成操作系统课程实验，学生应做到：（1）熟练掌握一种高级程序设计语言。
（2）实验前，认真学习教材以及实验指导书的相关内容，提前做好实验准备。
（3）每次实验先分析后编程，在实验报告中应写明自己的编程思路和设计流程。
（4）实验结束一周后提交实验报告。
实验报告内容应包括：实验目的、实验内容、设计思路和流程框图，源程序（含注释）清单、测试结果以及实验总结。
（5）遵守机房纪律，服从辅导教师指挥，爱护实验设备。
实验的验收将分为两个部分。
第一部分是上机操作，随机抽查程序运行和即时提问；第二部分是提交书面的实验报告。
此外杜绝抄袭现象，一经发现雷同，双方成绩均以0分计算。
目录实验一Windows多线程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1实验二Windows线程同步机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 实验三Windows线程通信．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 实验四银行家算法模拟．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 实验五页面置换算法模拟．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22实验一Windows多线程【开发语言及实现平台或实验环境】C++/C#Microsoft Visual Studio 6.0/ Microsoft Visual Studio .NET【实验目的】(1) 进一步理解操作系统的并发性；(2) 了解Windows线程创建方法，并通过查阅资料理解各参数的含义；(3) 了解多线程程序设计方法，并进行简单应用。
操作系统中的线程调度策略
操作系统中的线程调度策略操作系统是计算机的核心组成部分，它是用于控制计算机硬件和软件资源的软件，它提供了很多功能，其中最重要的功能之一是线程调度。
线程是进程的一部分，一个进程可以有多个线程，每个线程是共享相同内存地址空间的独立执行单元。
当操作系统运行多线程程序时，它必须决定哪个线程应该运行在CPU上，并在合适的时候切换线程，以达到最优的系统性能。
线程调度的目的是为了在多个线程之间合理的分配CPU时间，使尽可能多的线程能够被执行。
线程调度策略也称为调度算法，它是操作系统使用的一系列规则，来决定哪个线程应该在CPU上运行。
正确的线程调度算法对于操作系统的性能和稳定性至关重要。
操作系统中通常有两种线程调度策略：非抢占式线程调度和抢占式线程调度。
非抢占式线程调度非抢占式线程调度是指一个线程独占CPU资源直到它执行完或被阻塞时，才会切换到另一个线程去执行。
非抢占式线程调度通常用于实时应用程序，例如音频和视频处理。
在这些应用程序中，线程执行时间很短，需要尽快得到CPU控制权才能保证实时性。
在非抢占式线程调度中，当一个线程在等待IO（输入/输出）操作时，操作系统会将CPU控制权交给其他可运行的线程。
但是，如果一个线程在执行一个循环操作，而且没有调用阻塞函数，那么其他线程就无法获得CPU时间。
这种情况被称为“线程饥饿”，如果线程饥饿的时间很长，那么系统的性能会下降。
抢占式线程调度抢占式线程调度是指操作系统可以在任何时候将CPU控制权从一个线程转移到另一个线程的线程调度策略。
与非抢占式策略不同，抢占式策略可以强制中断当前正在运行的线程，并使其他可运行的线程占用CPU。
抢占式策略通常用于大型多任务系统中，例如服务器和桌面操作系统。
在这些系统中，有许多线程需要同时运行，有些线程需要更多的CPU时间来完成任务。
如果某个线程占用CPU时间过长，则会影响其他线程的运行，导致系统性能下降。
抢占式线程调度可以解决这个问题。
操作系统中有多种抢占式线程调度策略，包括时间片轮询、优先级调度和多级反馈队列等。
linux多线程的实现方式
linux多线程的实现方式Linux是一种支持多线程的操作系统，它提供了许多不同的方式来实现多线程。
本文将介绍Linux多线程的几种实现方式。
1. 线程库Linux提供了线程库，包括POSIX线程库（Pthreads）和LinuxThreads。
Pthreads是一种由IEEE组织制定的标准线程库，它提供了一组线程API，可以在不同的操作系统上实现。
LinuxThreads 是Linux内核提供的线程实现，不同于Pthreads，它不是标准线程库，但具有更好的性能。
使用线程库可以方便地创建和管理线程，线程库提供了许多API 函数，例如pthread_create()，pthread_join()，pthread_mutex_lock()等，可以在程序中使用这些API函数来实现多线程。
2. 多进程在Linux中，多进程也是一种实现多线程的方式。
每个进程都可以有自己的线程，进程之间也可以通过IPC机制进行通信。
多进程的优点是可以更好地利用多核CPU，因为每个进程都可以在不同的CPU核心上运行。
但是，多进程的开销比多线程大，因为每个进程都需要拥有自己的地址空间和运行环境。
3. 线程池线程池是一种常见的多线程实现方式。
线程池中有多个线程可以处理任务，任务可以通过任务队列来进行分发。
当任务到达时，线程池中的线程会从任务队列中取出任务并处理。
线程池的优点是可以重复利用线程，减少创建和销毁线程的开销。
线程池还可以控制线程的数量，避免过多线程导致的性能下降。
4. 协程协程是一种轻量级线程，它不需要操作系统的支持，可以在用户空间中实现。
协程基于线程，但是不需要线程上下文切换的开销，因为协程可以在同一个线程内进行切换。
协程的优点是可以更好地利用CPU，因为不需要线程上下文切换的开销。
协程还可以更好地控制并发性，因为协程的切换是由程序员控制的。
总结Linux提供了多种实现多线程的方式，每种方式都有其优点和缺点。
在选择多线程实现方式时，需要考虑到应用程序的特点和需求，选择最适合的实现方式。
多线程的概念
多线程的概念多线程的概念多线程是指在一个程序中同时运行多个线程，每个线程都可以独立地执行不同的任务。
与单线程相比，多线程可以提高程序的并发性和响应速度，使得程序具有更好的用户体验和更高的效率。
一、多线程的基本概念1. 线程：是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包含在进程之中，是进程中真正执行任务的部分。
2. 进程：是一个正在执行中的程序，它由代码、数据集合以及一组系统资源组成。
3. 上下文切换：是指CPU从一个进程或者线程切换到另外一个进程或者线程时所需要保存和恢复的所有状态信息。
4. 并发性：是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。
二、多线程的优点1. 提高程序响应速度：当一个任务被阻塞时，其他任务可以继续执行，从而提高了程序响应速度。
2. 提高系统资源利用率：通过充分利用CPU时间片和IO等待时间来提高系统资源利用率。
3. 改善用户体验：当一个任务需要较长时间才能完成时，用户可以同时进行其他操作，从而改善了用户体验。
三、多线程实现方式1. 继承Thread类：通过继承Thread类并重写run()方法来实现多线程。
2. 实现Runnable接口：通过实现Runnable接口并重写run()方法来实现多线程。
3. 实现Callable接口：通过实现Callable接口并重写call()方法来实现多线程，可以返回执行结果。
四、多线程的应用场景1. 网络编程：在网络编程中，一个客户端连接到服务器时，服务器需要为该客户端创建一个新的线程来处理请求。
2. GUI编程：在GUI编程中，一个事件处理程序可以启动一个新的线程来执行长时间运行的任务，从而不阻塞GUI线程。
3. 多媒体处理：在音视频处理中，需要同时进行多个任务，如播放、录制、转码等。
4. 数据库操作：在数据库操作中，可以使用多个线程同时进行查询或更新操作，提高数据库操作效率。
五、多线程的注意事项1. 线程安全问题：当多个线程同时访问同一资源时，可能会出现数据竞争和死锁等问题。
cpu 多线程调度的方法
cpu 多线程调度的方法CPU多线程调度是指操作系统如何有效地管理和调度多个线程在CPU上执行的方法。
在现代计算机系统中，多线程调度是非常重要的，因为它能够提高CPU的利用率，增加系统的响应速度和并发能力。
下面将介绍几种常见的CPU多线程调度方法。
1. 抢占式调度。
抢占式调度是指操作系统可以在任何时候中断当前运行的线程，并将CPU分配给其他线程。
这种调度方法可以确保高优先级的线程能够及时地得到执行，提高系统的响应速度和并发能力。
2. 时间片轮转调度。
时间片轮转调度是一种典型的抢占式调度方法，操作系统将CPU的执行时间划分为若干个时间片，每个线程在一个时间片内执行，当时间片用完时，操作系统会将CPU分配给下一个线程。
这种调度方法可以确保每个线程都有机会执行，并且避免了长时间运行的线程占用CPU。
3. 优先级调度。
优先级调度是指操作系统根据线程的优先级来决定CPU的分配顺序，高优先级的线程会先执行，低优先级的线程会后执行。
这种调度方法可以确保重要任务得到优先执行，但也可能导致低优先级的线程长时间得不到执行。
4. 多级反馈队列调度。
多级反馈队列调度是一种综合利用时间片轮转和优先级调度的方法，它将线程根据优先级划分为多个队列，每个队列有不同的时间片大小，高优先级队列的时间片较短，低优先级队列的时间片较长。
这种调度方法可以在保证高优先级线程及时执行的同时，兼顾低优先级线程的执行。
总的来说，CPU多线程调度方法的选择取决于系统的需求和特点，合理的调度方法可以提高系统的性能和并发能力。
随着计算机技术的不断发展，我们可以期待更多高效的多线程调度方法的出现。
操作系统多线程并发实验心得
操作系统多线程并发实验心得一、实验背景和目的操作系统是计算机系统中最基础的软件之一，它负责管理计算机硬件资源，为应用程序提供必要的服务。
多线程并发是操作系统中一个重要的概念，它能够提高计算机系统的效率和性能。
本次实验旨在通过编写多线程并发程序，加深对操作系统多线程并发原理的理解，并掌握相关技术。
二、实验环境和工具本次实验使用的操作系统是 Windows 10，开发工具是 Visual Studio 2019。
三、实验内容和步骤1. 实验一：创建多线程并发程序首先，我们需要创建一个多线程并发程序。
具体步骤如下：（1）打开 Visual Studio 2019，选择“新建项目”，选择“Windows 控制台应用程序”。
（2）在“解决方案资源管理器”中右键单击“源文件”，选择“添加” -> “新建项”，创建一个名为“MultiThread.cpp”的源文件。
（3）在 MultiThread.cpp 中编写代码。
代码如下：#include <iostream>#include <thread>#include <chrono>using namespace std;void threadFunc(int id){for (int i = 0; i < 5; i++){cout << "Thread " << id << " is running..." << endl;this_thread::sleep_for(chrono::seconds(1));}}int main(){thread t1(threadFunc, 1);thread t2(threadFunc, 2);t1.join();t2.join();return 0;}（4）编译并运行程序。
可以看到两个线程交替执行，每个线程输出五次。
Windows多线程技术
何时使用多线程
线程有什么用？MSDN给出的答案是"等"。 在需要等待的地方，多线程确实能够发挥很高的效能。举一个例 子：一个网络程序向远程主机发送了一个请求，正在等待回应，而在 此期间，它还希望能够与用户进行交互。一种实现方法是：程序继续 与用户交互，在交互的间歇检查一下回应是否到达。而更好的方法是 建立一个新的线程（称为工作线程）来等待回应，原始线程继续照常 与用户交互。后一种方法比前一种方法好在后者执行的指令更少，因 而效率更高。如果您对Windows编程熟悉：在实现前者时，必须保 证能够及时检测到回应到达，因而就不能使用GetMessage() 而要 使用PeekMessage()。如果使用GetMessage()，而恰巧在很长的 一段时间内都没有消息到达，原始线程就不会从GetMessage()返回， 也就不能检测回应是否到达。使用PeekMessage()，可以令其在没 有消息时也立即返回，因而可以检测回应是否到达。网络部分的情况 也一样--程序不能等回应一直等下去否则就无法与用户交互。无论如 何，在即没有消息、也没有回应到达的情况下，原始线程没有有效的 进入等待状态，而是不停地"空转"，检测二者中是否有到达的，这对 系统资源显然是极大的浪费。
线程间的通讯
但是，新的问题又出现了，工作线程发现回应已经到达 了，它可能要通知原始线程才行--它与原始线程是并发 执行的。这就涉及到线程间通信了，有一种最简单的方 法：Windows消息。工作线程通过向原始线程的窗口 发送一个消息，然后终止；当原始线程的消息循环发现 这个消息时，就知道回应已经到达了。线程间通信的方 法还有很多，将在以后专门介绍。 最后要说明的是--很重要的一点：多线程经常不是程 序员主动来使用的，而是在依赖操作系统时，已然是多 线程了。即使用，也很有节制，滥用线程将适得其反。 究竟什么地方应该使用多线程，并没有什么规则，将多 线程用在该用的地方而已，当然不会刻意的使用它。 当综合各种条件和各种可能的方案后，如发现多线程是 最好的，就是使用多线程的最佳时机。多线程不是杀手 锏，但是掌握它是向较高级编程迈进的必经之路。
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进程1 u
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线程库
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内核 硬件
线程调度程序
CPU
CPU
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CPU
CPU
Mach操作系统的线程机制
• 任务（类似进程）和线程 • 线程的数据结构(p.77) • 与线程相关的系统调用：创建、终止、挂起、 恢复等 • 线程分类：纯内核线程；用户任务的线程 （相当于Solaris中的轻质进程） • 线程库 • 线程库的实现方法
Solaris操作系统的线程机制
• Solaris的多线程结构：有关概念及图示 • 轻质进程
– UNIX和Solaris的进程表的比较：Solaris的进程不包括处理器 现场，该现场在轻质进程数据块。 – 轻质进程的本质是一个特殊的用户线程 – 轻质线程的局限性：开销大；占用内核资源多；仅涉及用户 空间（即上层）的操作开销小，同时涉及上下层的开销大。
– 基于线程(default)：每个用户线程使用一个内核用 户线程（相当于轻质进程），抢占式调度 – 基于协同例程：多个用户线程对应一个内核用户 线程，不可抢占式调度 – 基于任务：每个线程使用一个Mach 任务（即 UNIX进程）
习题
• • • • • 4.2 4.3 4.4 4.5 4.10
采用线程机制带来的好处
• 创建和撤消线程的开销大大小于创建和 撤消进程的开销 • 线程开关的开销大大小于进程开关开销 • 增加了通信的有效性 • 为便于实现线程机制，促使程序员设计 结构良好的程序
应用线程的例子
• • • • 前台和后台：输入、检查、修改、打印 异步处理：定期备份 加快处理速度：对数据的并行处理 组织复杂的工作：如DBMS对SQL语句 的处理 • 同时处理多个用户的服务请求：如民航 售票或证券交易
• 内核线程：数据结构；Solaris内核构成 • 用户线程：完全由线程库管理，与内核无关。 • 线程的执行
– 用户线程与轻质进程多对多：用户线程状态变化图 (p.75);LWP状态变化图(p.76) – 用户进程与轻质进程一对一：走则同行；停则同停
• 内核中断线程
– 中断处理由中断线程执行，并用锁或信号量互斥 – 实现方法及其性能分析(p.77页首)
线程的状态和线程管理
• 线程状态：就绪、运行、等待(p.62图4-1)
– 几点说明：无挂起状态；使用I/O时是否阻塞其他线 程；进程的状态只与资源有关了
• 线程的描述
– 进程现场：映象和保护体系（与资源有关） – 线程现场：状态、运行现场、执行堆栈…（与运行 有关） – 用面向对象的形式表示线程控制块（TCB）
Solaris多线程结构的有关概念
• 进程； • 用户级线程ULT：通过在进程地址空间的线程 库实现核级 线程之间的映射。LWP被内核独立调度并可 在多处理器上并行执行； • 内核级线程KLT：被调度并分派到一个处理器 上执行的基本实体。
Solaris的多线程结构有关概念图示
多线程的实现(2)
• 内核级线程（KLT）：什么是KLT；优点（多 处理器并行；阻塞时不相互牵制；内核线 程）；缺点（进出操作系统的两次模式转换 的开销） • KLT和ULT结合的方法：p.70图4.4c;四个容易 混淆的术语的解释（针对线程主，还是针对 线程运行的地址空间而言） • 线程库：
– 功能：支持ULT的开发和应用 – 所提供的过程调用 – 实现要点：尽量减少目态/管态间转换（每次转换 都涉及在不同的地址空间之间复制数据，开销很 大）；线程调度；编程接口
第4章 多线程——内容提要
• • • • • • • • 线程的概念 线程的好处 应用线程的例子 线程的状态和线程管理 多线程的实现 Solaris操作系统的线程机制 Mach操作系统的线程机制 习题
进程和线程的执行示意图
三个进程各占自己的资源，独自执行
同一进程中三个线程公用资源，独自执行
线程的概念和性质
• 进一步提高并行性的需求 – 并行性（多处理器）和并发性（单处理器） – 对并行的实际需求 – 并发的开销大：模式转换和进程开关 • 降低进程开关的开销的思路：将进程的资源占有和运行单元体 的两个角色分开 • 定义：线程是进程内的一个相对独立的、可调度的执行单元。 • 性质： – 进程内一个相对独立的可执行单元 – 操作系统的基本调度单元 – 每个进程至少要有一个或一个以上的线程 – 线程可以创建其他线程 – 同一个进程中的线程共享该进程的资源 – 线程间需要通信和同步机制 – 线程有生命期，有诞生和死亡
• 对象和类的概念 • 进程对象和线程对象：p.65表4.1和表4.2
• 线程的管理、线程组
– 基本管理方式：TCB队列 – 线程控制原语：创建、撤消、阻塞、挂起、解挂… – 以线程组的形式成组管理线程
多线程的实现(1)
• 基于线程观点的操作系统分类：单进程单线 程（MS-DOS）；多进程单线程（传统 UNIX）；单进程多线程；多进程多线程 （WINDOWS NT等）p.67 • 用户级和内核级线程：p.70图4.4 • 用户级线程（ULT）：定义；实现方式—线程 库；优点（开销小；适应多类应用；适应多 种操作系统）；问题（I/O时阻塞；时间片轮 转时线程与进程状态不协调）；缺点（阻塞 多个线程；饥饿；无法享受多处理器）；解 决方案（监控程序和虚拟时钟、I/O外套程 序）；其他问题（对共享存区的保护、多 CPU）；实际数据