【教学课件】第4章多线程-内容提要

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,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,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,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）,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,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4.4,c;,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,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。,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),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；,轻质进程,LWP：LWP,是用户级线程与内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,u,k,CPU,线程库,进程1,u,L,线程库,进程2,u,u,线程库,进程3,u,u,u,线程库,进程4,u,u,线程库,进程5,u,u,u,L,L,L,L,L,L,L,L,k,k,k,k,k,k,k,k,线程调度程序,CPU,CPU,CPU,CPU,内核,硬件,用户空间,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,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,