操作系統(tǒng) 課件 第3章 進(jìn)程線程模型

第3章進(jìn)程線程模型學(xué)習(xí)目標(biāo)<2

>掌握進(jìn)程的定義和組成要素掌握應(yīng)用進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系了解進(jìn)程地址空間掌握進(jìn)程創(chuàng)建、撤銷、阻塞和喚醒的機(jī)制理解進(jìn)程控制的原語與相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用理解資源分配單位和調(diào)度執(zhí)行單位的區(qū)別掌握線程的組成要素理解線程和進(jìn)程的關(guān)系理解線程的不同實(shí)現(xiàn)方式了解PthreadAPI，并能運(yùn)用其開發(fā)多線程應(yīng)用了解協(xié)程的概念教師導(dǎo)讀<3

>進(jìn)程是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的獨(dú)立單位，本章內(nèi)容是理解如何創(chuàng)建并管理進(jìn)程的重要知識(shí)單元進(jìn)程的定義與構(gòu)成進(jìn)程的狀態(tài)模型與進(jìn)程隊(duì)列父子進(jìn)程的工作模式：fork/exec、wait線程的引入原因線程的組成及其與進(jìn)程的關(guān)系線程的三種實(shí)現(xiàn)方式及每種方式的優(yōu)缺點(diǎn)Pthread線程包的主要函數(shù)與使用方式3.1進(jìn)程基本概念3.2進(jìn)程控制3.3線程引入及基本概念3.4

線程的實(shí)現(xiàn)和實(shí)例目錄CONTENTSPART3.1進(jìn)程基本概念3.1.1進(jìn)程定義<6

>定義：進(jìn)程是具有一定獨(dú)立功能的程序在某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng)，

是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位進(jìn)程分為系統(tǒng)進(jìn)程和用戶進(jìn)程兩類系統(tǒng)進(jìn)程執(zhí)行操作系統(tǒng)程序用戶進(jìn)程運(yùn)行用戶程序系統(tǒng)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)通常高于一般用戶進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)進(jìn)程定義3.1.1進(jìn)程定義<7

>1.

進(jìn)程和程序的聯(lián)系程序是構(gòu)成進(jìn)程的組成部分之一進(jìn)程是由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊（PCB）三部分組成的一個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行目標(biāo)是執(zhí)行它所對(duì)應(yīng)的程序2.

進(jìn)程和程序的區(qū)別程序是靜態(tài)的，而進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的進(jìn)程是程序的一個(gè)執(zhí)行過程程序的存在是永久的，進(jìn)程存在生命周期，一個(gè)程序可以產(chǎn)生多個(gè)進(jìn)程進(jìn)程與程序的聯(lián)系和區(qū)別可再入程序<8

>一個(gè)能夠被多個(gè)用戶同時(shí)調(diào)用的程序稱作是“可再入”的程序可再入程序在執(zhí)行中不會(huì)修改自身的代碼一個(gè)程序不是任何條件下都可以產(chǎn)生多個(gè)進(jìn)程的一個(gè)能被多個(gè)用戶同時(shí)調(diào)用的程序，在執(zhí)行中自身不能改變3.1.1進(jìn)程定義進(jìn)程的特征<9

>進(jìn)程的兩個(gè)基本屬性：進(jìn)程是一個(gè)可擁有資源的獨(dú)立單位進(jìn)程同時(shí)又是一個(gè)可以獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位進(jìn)程具有以下特性：

并發(fā)性：一個(gè)進(jìn)程可以同其他進(jìn)程一道向前推進(jìn)2.動(dòng)態(tài)性：進(jìn)程有其生命周期，且進(jìn)程的狀態(tài)是不斷變化的3.獨(dú)立性：一個(gè)進(jìn)程是一個(gè)相對(duì)完整的資源分配單位4.交往性：一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行過程中可能會(huì)與其他進(jìn)程發(fā)生直接的或間接的相互作用5.

異步性：每個(gè)進(jìn)程按照各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)6.

結(jié)構(gòu)性：一個(gè)進(jìn)程由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊三部分組成3.1.1進(jìn)程定義<10

>3.1.2進(jìn)程狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換

1．三狀態(tài)進(jìn)程模型運(yùn)行中的進(jìn)程可以處于以下三種狀態(tài)之一：運(yùn)行、就緒、等待三狀態(tài)模型狀態(tài)定義：（1）運(yùn)行狀態(tài)（Running）

進(jìn)程已獲得CPU，并且在CPU上執(zhí)行的狀態(tài)（2）就緒狀態(tài)（Ready）

進(jìn)程已經(jīng)具備運(yùn)行條件，但沒有獲得CPU的狀態(tài)（3）阻塞狀態(tài)（Blocked）

進(jìn)程因等待某種事件發(fā)生而暫時(shí)不能運(yùn)行的狀態(tài)<11

>3.1.2進(jìn)程狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換三狀態(tài)模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件：（1）就緒→運(yùn)行

進(jìn)程調(diào)度程序把處理機(jī)

分配給某個(gè)就緒進(jìn)程（2）運(yùn)行→就緒

規(guī)定的運(yùn)行時(shí)間片用完（3）運(yùn)行→阻塞

運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程等待其他資源（4）阻塞→就緒

阻塞進(jìn)程在其被阻塞的原因獲得時(shí)解除阻塞<12

>3.1.2進(jìn)程狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換2．五狀態(tài)進(jìn)程模型五狀態(tài)模型狀態(tài)定義：（1）運(yùn)行狀態(tài)（Running）：

進(jìn)程正在占用CPU資源（2）就緒狀態(tài)（Ready）：

進(jìn)程等待分配CPU資源（3）阻塞狀態(tài)（Blocked）：

進(jìn)程因等待I/O操作等條件而暫停運(yùn)行（4）創(chuàng)建狀態(tài)（New）：

進(jìn)程正在創(chuàng)建過程中，還不能運(yùn)行（5）結(jié)束狀態(tài)（Exit）：

進(jìn)程已結(jié)束運(yùn)行，

回收除進(jìn)程控制塊之外的其他資源，

讓其他進(jìn)程從進(jìn)程控制塊中收集有關(guān)信息<13

>3.1.2進(jìn)程狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換五狀態(tài)狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件：（1）創(chuàng)建新進(jìn)程：進(jìn)入創(chuàng)建狀態(tài)（2）提交（Admit）：完成一個(gè)新進(jìn)程的創(chuàng)建過程，進(jìn)入就緒狀態(tài)（3）調(diào)度運(yùn)行（Dispatch）：進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)（4）釋放（Release）：進(jìn)程終止運(yùn)行，進(jìn)入退出狀態(tài)（5）超時(shí)（Timeout）：用完時(shí)間片，進(jìn)程暫停運(yùn)行，、從運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入就緒狀態(tài)（6）事件等待（EventWait）：進(jìn)程要求的事件未出現(xiàn)而進(jìn)入阻塞狀態(tài)（7）事件出現(xiàn)（EventOccurs）：進(jìn)程等待的事件出現(xiàn)，進(jìn)程從阻塞狀態(tài)進(jìn)入就緒狀態(tài)<14

>3.1.2進(jìn)程狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換3．七狀態(tài)進(jìn)程模型七狀態(tài)模型引入原因：五狀態(tài)進(jìn)程模型沒有區(qū)分進(jìn)程地址空間位于內(nèi)存還是外存低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程對(duì)換至外存，這種做法可得到的好處：（1）提高處理機(jī)效率（2）可為運(yùn)行進(jìn)程提供足夠內(nèi)存（3）有利于調(diào)試<15

>3.1.2進(jìn)程狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換七狀態(tài)模型狀態(tài)定義：與五狀態(tài)進(jìn)程模型相比，增加了就緒掛起和阻塞掛起兩個(gè)狀態(tài)（1）阻塞掛起狀態(tài)（Blocked,suspend）：

進(jìn)程在外存并等待某事件的出現(xiàn)（2）就緒掛起狀態(tài)（Ready,suspend）：

進(jìn)程在外存，但只要進(jìn)入內(nèi)存，即可運(yùn)行3.1.2進(jìn)程狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換七狀態(tài)模型狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件：（1）掛起（Suspend）：

進(jìn)程從內(nèi)存轉(zhuǎn)到外存

阻塞到阻塞掛起

就緒到就緒掛起

運(yùn)行到就緒掛起（2）激活（Activate）：

進(jìn)程從外存轉(zhuǎn)到內(nèi)存

就緒掛起到就緒

阻塞掛起到阻塞<16

>3.1.2進(jìn)程狀態(tài)及狀態(tài)轉(zhuǎn)換<17

>七狀態(tài)模型狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件：（3）事件出現(xiàn)（EventOccurs）：

等待的事件出現(xiàn)

阻塞到就緒

阻塞掛起到就緒掛起（4）提交（Admit）：

完成創(chuàng)建過程

進(jìn)入就緒狀態(tài)或就緒掛起狀態(tài)3.1.3進(jìn)程控制塊進(jìn)程控制塊（PCB：ProcessControlBlock）：描述進(jìn)程的基本情況以及進(jìn)程的運(yùn)行變化過程PCB是進(jìn)程存在的惟一標(biāo)志當(dāng)系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程時(shí)，為進(jìn)程設(shè)置一個(gè)PCB，再利用PCB對(duì)進(jìn)程進(jìn)行控制和管理撤消進(jìn)程時(shí)，系統(tǒng)收回它的PCB，進(jìn)程也隨之消亡<18

>3.1.3進(jìn)程控制塊PCB的內(nèi)容PCB的內(nèi)容可以分成調(diào)度信息和現(xiàn)場(chǎng)信息兩大部分調(diào)度信息：供進(jìn)程調(diào)度時(shí)使用，描述進(jìn)程當(dāng)前所處的狀況進(jìn)程名、進(jìn)程號(hào)、存儲(chǔ)信息、優(yōu)先級(jí)、當(dāng)前狀態(tài)、資源清單、“家族”關(guān)系、消息隊(duì)列指針、進(jìn)程隊(duì)列指針和當(dāng)前打開文件等現(xiàn)場(chǎng)信息：刻畫進(jìn)程的運(yùn)行情況程序狀態(tài)字、時(shí)鐘、界地址寄存器等一旦中斷進(jìn)程的運(yùn)行，必須把中斷時(shí)刻的內(nèi)容記入進(jìn)程控制塊的現(xiàn)場(chǎng)信息<19

>3.1.3進(jìn)程控制塊

進(jìn)程的組成進(jìn)程由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊三部分組成PCB存有進(jìn)程的地址信息程序描述了進(jìn)程要實(shí)現(xiàn)的功能數(shù)據(jù)是程序操作的對(duì)象<20

>3.1.3進(jìn)程控制塊3.

PCB組織（1）線性方式：

所有PCB不分狀態(tài)組織在一個(gè)線性表（稱PCB表）中優(yōu)點(diǎn)：簡單，且不需要額外的開銷缺點(diǎn)：需要掃描整個(gè)PCB表，

才能找到需要的PCB（2）索引方式：相同狀態(tài)的進(jìn)程，分別設(shè)置PCB索引表<21

>3.1.3進(jìn)程控制塊（3）鏈接方式：對(duì)于具有相同狀態(tài)進(jìn)程的PCB，通過PCB中的鏈接字構(gòu)成一個(gè)隊(duì)列鏈接字指出本隊(duì)列下一PCB在PCB表中的編號(hào)（或地址）編號(hào)為0表示隊(duì)尾隊(duì)首由內(nèi)存固定單元中相應(yīng)的隊(duì)列指針指示<22

>3.1.3進(jìn)程控制塊

4.進(jìn)程的隊(duì)列（1）就緒隊(duì)列所有就緒狀態(tài)的進(jìn)程排在一個(gè)就緒隊(duì)列中（2）等待隊(duì)列對(duì)每一種等待事件組織一個(gè)隊(duì)列（3）運(yùn)行隊(duì)列在單CPU系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)運(yùn)行隊(duì)列<23

>3.1.3進(jìn)程控制塊5.

進(jìn)程隊(duì)列的組成單向鏈接：

同一隊(duì)列中的進(jìn)程，通過進(jìn)程控制塊中的隊(duì)列指針聯(lián)系起來

前一進(jìn)程的進(jìn)程控制塊中的指針值為它的下一個(gè)進(jìn)程的進(jìn)程控制塊的地址

隊(duì)列中最后一個(gè)進(jìn)程的進(jìn)程控制塊中的指針值置為“0”雙向鏈接：

設(shè)置兩個(gè)指針，前向指針和后向指針

分別指出它的前一個(gè)或后一個(gè)進(jìn)程的進(jìn)程控制塊地址

系統(tǒng)為每個(gè)隊(duì)列設(shè)置一個(gè)隊(duì)首指針，指出該隊(duì)列的第一個(gè)和最后一個(gè)進(jìn)程

的進(jìn)程控制塊地址，以便進(jìn)行雙向搜索<24

>背景-2：北京大學(xué)圖書館PART3.2進(jìn)程控制<26

>3.2.1進(jìn)程控制進(jìn)程控制：對(duì)進(jìn)程在整個(gè)生命周期中各種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換進(jìn)行有效的控制通過進(jìn)程控制原語來實(shí)現(xiàn)原語：

若干條指令所組成的一個(gè)指令序列，用來實(shí)現(xiàn)某個(gè)特定的操作功能

連續(xù)的，具有不可分割性，在執(zhí)行時(shí)也不可間斷

必須在管態(tài)下執(zhí)行，并且常駐內(nèi)存用于進(jìn)程控制的原語：創(chuàng)建進(jìn)程、撤消進(jìn)程、掛起進(jìn)程、激活進(jìn)程、阻塞進(jìn)程、喚醒進(jìn)程以及改變進(jìn)程優(yōu)先級(jí)等<27

>3.2.1進(jìn)程控制創(chuàng)建原語創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程，前者稱為父進(jìn)程，后者稱為子進(jìn)程建立進(jìn)程控制塊PCB2.

撤消原語撤消進(jìn)程的PCB撤消屬于該進(jìn)程的一切“子孫進(jìn)程”，釋放被撤消進(jìn)程所占用的全部資源

3.

阻塞原語進(jìn)程從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為阻塞狀態(tài)中斷CPU的執(zhí)行，把CPU的當(dāng)前狀態(tài)保存在PCB的現(xiàn)場(chǎng)信息中當(dāng)前狀態(tài)置為等待狀態(tài)，并把它插入到該事件的等待隊(duì)列中去

4.

喚醒原語等待狀態(tài)轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài)從等待隊(duì)列中撤出并插入到就緒隊(duì)列中排隊(duì)，等待調(diào)度執(zhí)行<28

>3.2.2Linux操作系統(tǒng)有關(guān)進(jìn)程控制的系統(tǒng)調(diào)用在Linux操作系統(tǒng)中，常用的有關(guān)進(jìn)程控制的系統(tǒng)調(diào)用有：fork，exec，wait，exit，getpid，sleep和nice等下表所示為這些系統(tǒng)調(diào)用的功能說明系統(tǒng)調(diào)用功

能fork創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程getpid返回當(dāng)前進(jìn)程的PIDexec更換進(jìn)程映像，即根據(jù)指定的文件名找到可執(zhí)行文件，并用它來取代調(diào)用進(jìn)程的內(nèi)容exit終止調(diào)用的程序（用于程序運(yùn)行出錯(cuò)）wait等待任何要僵死的子進(jìn)程sleep使進(jìn)程掛起指定的時(shí)間nice改變進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)<29

>3.2.2Linux操作系統(tǒng)有關(guān)進(jìn)程控制的系統(tǒng)調(diào)用【代碼示例-fork與exec】Linux系統(tǒng)中，父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程，以及各自分開活動(dòng)的情況#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<stdio.h>#include<sys/wait.h>#include<stdlib.h>intmain(intargc,char*argv[]){intpid;pid=fork();/*創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程*/if(pid<0){/*出現(xiàn)錯(cuò)誤。進(jìn)程ID號(hào)不可能小于0*/fprintf(stderr,"ForkFailed");/*輸出出錯(cuò)消息——ForkFailed*/exit(-1);/*程序終止，返回碼-1*/}<30

>3.2.2Linux操作系統(tǒng)有關(guān)進(jìn)程控制的系統(tǒng)調(diào)用elseif(pid==0){/*下面是子進(jìn)程執(zhí)行*/execlp("/bin/ls","ls",NULL);/*執(zhí)行目錄/bin下面的ls命令*/}else{/*下面是父進(jìn)程執(zhí)行*/wait(NULL);/*父進(jìn)程等待子進(jìn)程完成*/printf("ChildComplete");/*輸出子進(jìn)程完成的信息*/exit(0);/*終止*/}}<31

>3.2.2Linux操作系統(tǒng)有關(guān)進(jìn)程控制的系統(tǒng)調(diào)用【代碼示例-進(jìn)程相關(guān)操作】利用fork()創(chuàng)建子進(jìn)程，利用getpid()和getppid()分別獲得本進(jìn)程的PID和父進(jìn)程的PID，使用sleep()將相關(guān)進(jìn)程掛起幾秒/*proc1.c演示有關(guān)進(jìn)程操作*/#include<unistd.h>#include<sys/types.h>#include<stdio.h>#include<errno.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>

intmain(intargc,char**argv){pid_tpid,old_ppid,new_ppid;pid_tchild,parent;<32

>3.2.2Linux操作系統(tǒng)有關(guān)進(jìn)程控制的系統(tǒng)調(diào)用parent=getpid(); if((child=fork())<0){fprintf(stderr,"%s:forkofchildfailed:%s\n",argv[0],strerror(errno));exit(1);} elseif(child==0){ /*此時(shí)子進(jìn)程被調(diào)度運(yùn)行*/old_ppid=getppid();sleep(2);new_ppid=getppid();}else{/*父進(jìn)程運(yùn)行*/sleep(1);exit(0);}/*下面僅子進(jìn)程運(yùn)行*/printf("Originalparent:%d\n",parent);printf("Child:%d\n",getpid());printf("Child'soldppid:%d\n",old_ppid);printf("Child'snewppid:%d\n",new_ppid);

exit(0);}程序運(yùn)行的結(jié)果如下：$./proc1Originalparent:2009Child:2010Child'soldppid:2009Child'snewppid:1需要注意的是，進(jìn)程是并發(fā)執(zhí)行的；當(dāng)子進(jìn)程被成功調(diào)度后，調(diào)度程序的返回值是0。如果父進(jìn)程先終止，則其子進(jìn)程的父進(jìn)程就被系統(tǒng)指定為init進(jìn)程（其PID為1）背景-3：西門華表線程引入及基本概念PART3.3<34

>3.3.1線程的引入為何需要線程？進(jìn)程活動(dòng)存在時(shí)間和空間的資源開銷，數(shù)目不宜太多，切換頻率不宜過高使多個(gè)程序更好地并發(fā)執(zhí)行，盡量減少系統(tǒng)的開銷分離調(diào)度的基本單位和獨(dú)立分配資源的單位調(diào)度和分派的基本單位不負(fù)責(zé)分配資源擁有資源的基本單位，不頻繁地切換<35

>3.3.1線程的引入什么是線程?線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，是CPU調(diào)度和分派的基本單位只擁有少量在運(yùn)行中必不可少的資源同屬一個(gè)進(jìn)程的其他線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源線程有就緒、等待和運(yùn)行三種基本狀態(tài)有的系統(tǒng)中線程還有終止?fàn)顟B(tài)等進(jìn)程執(zhí)行程序，就如同工人完成工作一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的多個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行，就如同多個(gè)工人共同完成一份工作<36

>3.3.1線程的引入2.線程的屬性（1）惟一的標(biāo)識(shí)符和一張線程描述表

線程描述表記錄了線程執(zhí)行的寄存器以及棧等現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)（2）不同的線程可以執(zhí)行相同的程序（3）同一個(gè)進(jìn)程中的各個(gè)線程共享該進(jìn)程的內(nèi)存地址空間（4）線程是處理器的獨(dú)立調(diào)度單位，多個(gè)線程是可以并發(fā)執(zhí)行的（5）線程在生命周期內(nèi)會(huì)經(jīng)歷等待狀態(tài)、就緒態(tài)和運(yùn)行態(tài)等各種狀態(tài)變化每個(gè)線程單獨(dú)占有CPU資源，只有在多核CPU上，多線程才可能并行執(zhí)行<37

>3.3.1線程的引入3．引入線程的好處（1）創(chuàng)建一個(gè)新線程花費(fèi)時(shí)間少

創(chuàng)建線程的速度比創(chuàng)建進(jìn)程的速度快，且系統(tǒng)的開銷也少（2）線程之間的切換花費(fèi)時(shí)間少（3）同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程共享內(nèi)存和文件，通信更簡便，信息傳送速度也快（4）線程能獨(dú)立執(zhí)行，充分利用和發(fā)揮處理器與外部設(shè)備并行工作能力<38

>3.3.2

線程的組成thread結(jié)構(gòu)，即線程控制塊，由以下四個(gè)基本部分組成：①一個(gè)唯一的線程標(biāo)識(shí)符②描述處理器工作情況的一組寄存器的內(nèi)容

如程序計(jì)數(shù)器、狀態(tài)寄存器、通用寄存器等③兩個(gè)棧指針

一個(gè)指向核心棧；另一個(gè)指向用戶棧④一個(gè)私有存儲(chǔ)區(qū)

用來存放現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)信息和其他與該線程相關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息等<39

>3.3.2

線程的組成一個(gè)進(jìn)程可以包含一個(gè)線程或多個(gè)線程當(dāng)一個(gè)進(jìn)程包含多個(gè)線程時(shí)，這些線程除各自私有少量資源以外，共享所屬進(jìn)程的全部資源<40

>3.3.3

線程與進(jìn)程的關(guān)系線程又稱為輕量級(jí)進(jìn)程或者進(jìn)程元傳統(tǒng)的進(jìn)程稱為重量級(jí)進(jìn)程通常一個(gè)進(jìn)程都有若干個(gè)線程調(diào)度傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中擁有資源的基本單位和獨(dú)立調(diào)度、分派的基本單位都是進(jìn)程引入線程的操作系統(tǒng)中線程作為調(diào)度和分派的基本單位，進(jìn)程作為資源擁有的基本單位<41

>3.3.3

線程與進(jìn)程的關(guān)系2.并發(fā)性引入線程的操作系統(tǒng)中不僅進(jìn)程之間可以并發(fā)執(zhí)行一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間也可以并發(fā)執(zhí)行擁有資源不論是傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)，還有線程的操作系統(tǒng)進(jìn)程都是擁有資源的一個(gè)獨(dú)立單位<42

>3.3.3

線程與進(jìn)程的關(guān)系4.

系統(tǒng)開銷在創(chuàng)建或撤消進(jìn)程時(shí)，操作系統(tǒng)所付出的開銷將顯著地大于在創(chuàng)建或撤消線程時(shí)的開銷進(jìn)程切換的開銷遠(yuǎn)大于線程切換的開銷同一進(jìn)程中的多個(gè)線程具有相同的地址空間，同步和通信的實(shí)現(xiàn)比較容易<43

>3.3.3

線程與進(jìn)程的關(guān)系比較概念線程進(jìn)程基本功能調(diào)度的基本單位資源分配的基本單位系統(tǒng)開銷切換開銷小切換開銷大資源分配線程共享一個(gè)進(jìn)程下的資源進(jìn)程獨(dú)占資源通信方式共享內(nèi)存地址空間使用進(jìn)程通信的系統(tǒng)調(diào)用并發(fā)性更強(qiáng)更弱背景-4：未名湖PART3.4線程的實(shí)現(xiàn)和實(shí)例<45

>3.4.1

線程的實(shí)現(xiàn)方式1．用戶級(jí)線程、核心級(jí)線程和混合方式線程已在許多系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，但實(shí)現(xiàn)的方式并不完全相同用戶級(jí)線程（User-LevelThreads），不依賴于內(nèi)核例如：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的線程核心級(jí)線程（Kernel-SupportedThreads)，依賴于內(nèi)核混合方式實(shí)現(xiàn)線程，即同時(shí)實(shí)現(xiàn)了以上兩種類型的線程<46

>3.4.1

線程的實(shí)現(xiàn)方式（1）用戶級(jí)線程實(shí)現(xiàn)方式創(chuàng)建、撤消和切換都不利用系統(tǒng)調(diào)用管理線程的工作全部由應(yīng)用程序完成每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)私有的線程表核心空間中有一個(gè)進(jìn)程表，記載系統(tǒng)中各個(gè)進(jìn)程的情況POSIXPthreadsMachC-threadsSolaris2UI-threads<47

>3.4.1

線程的實(shí)現(xiàn)方式（1）用戶級(jí)線程優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：線程的切換速度快允許采用適合自己要求的不同調(diào)度算法可以運(yùn)行在任何操作系統(tǒng)上缺點(diǎn)：當(dāng)一個(gè)線程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，在同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的所有線程都被阻塞多線程應(yīng)用程序不具有多處理器的優(yōu)點(diǎn)<48

>3.4.1

線程的實(shí)現(xiàn)方式（2）核心級(jí)線程實(shí)現(xiàn)方式創(chuàng)建、撤消和切換都由核心實(shí)現(xiàn)核心保留了一個(gè)線程控制塊，根據(jù)該控制塊感知線程的存在并對(duì)線程進(jìn)行控制線程表在核心空間中，記載系統(tǒng)中所有線程的情況核心空間中保存一個(gè)進(jìn)程表，記載系統(tǒng)所有進(jìn)程的信息核心進(jìn)行調(diào)度時(shí)以線程為基本單位<49

>3.4.1

線程的實(shí)現(xiàn)方式（2）核心級(jí)線程優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：核心可以同時(shí)調(diào)度同一進(jìn)程中的多個(gè)線程，真正實(shí)現(xiàn)并行操作如果一個(gè)進(jìn)程的某個(gè)線程阻塞了，核心可以調(diào)度同一個(gè)進(jìn)程中的另一個(gè)線程核心線程本身也可以是多線程的缺點(diǎn)：控制轉(zhuǎn)移開銷大應(yīng)用進(jìn)程無法影響線程的切換3.4.1

線程的實(shí)現(xiàn)方式（3）混合方式

用戶級(jí)線程和核心級(jí)線程兩種實(shí)現(xiàn)方式結(jié)合

同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的多個(gè)線程可在多個(gè)處理器上

并行運(yùn)行

阻塞式系統(tǒng)調(diào)用不必將整個(gè)進(jìn)程阻塞

線程創(chuàng)建在用戶空間完成

線程調(diào)度等在核心態(tài)完成<50

>3.4.1

線程的實(shí)現(xiàn)方式2．線程實(shí)現(xiàn)方式的比較（1）線程的調(diào)度與切換速度

用戶級(jí)線程的切換速度更加快（2）系統(tǒng)調(diào)用

用戶級(jí)線程調(diào)用一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，把系統(tǒng)調(diào)用看作是整個(gè)進(jìn)程的行為

內(nèi)核支持線程，則調(diào)度是以線程為單位（3）線程執(zhí)行時(shí)間

用戶級(jí)線程，調(diào)度是以進(jìn)程為單位進(jìn)行的

核心級(jí)線程，調(diào)度是以線程為單位進(jìn)行的<51

>3.4.2

Pthread線程包多線程應(yīng)用程序用一組用戶級(jí)程序庫來編寫，將所有線程映射到一個(gè)單獨(dú)的內(nèi)核級(jí)進(jìn)程中其中最著名的是：Pthread（POSIXthread）庫Pthread線程共有特性：

一個(gè)標(biāo)識(shí)符

一組寄存器（包括程序計(jì)數(shù)器）

一組存儲(chǔ)在結(jié)構(gòu)中的屬性，包括棧大小、調(diào)度參數(shù)以及其它線程需要的項(xiàng)目下表中列舉了幾個(gè)主要的Pthread函數(shù)調(diào)用線程調(diào)用描述pthread_create()創(chuàng)建一個(gè)新線程pthread_join()等待一個(gè)特定的線程退出pthread_exit()結(jié)束調(diào)用的線程pthread_yield()釋放CPU來運(yùn)行另外一個(gè)線程pthread_attr_init()創(chuàng)建并初始化一個(gè)線程pthread_attr_destroy()刪除一個(gè)線程的屬性結(jié)構(gòu)<52

>3.4.2

Pthread線程包【代碼示例-Pthread庫的簡單應(yīng)用】#inc