操作系统实现线程的几种模式
在操作系统中,线程可以实现在用户模式下,也可以实现在内核模式下,也可以两者结合实现。
线程实现在用户空间下
当线程在用户空间下实现时,操作系统对线程的存在一无所知,操作系统只能看到进程,而不能看到线程。所有的线程都是在用户空间实现。在操作系统看来,每一个进程只有一个线程。过去的操作系统大部分是这种实现方式,这种方式的好处之一就是即使操作系统不支持线程,也可以通过库函数来支持线程。
在这种模式下,每一个进程中都维护着一个线程表来追踪本进程中的线程,这个表中包含表1中每个线程独占的资源,比如栈,寄存器,状态等,如图3所示。
图3.在用户空间中实现线程
这种模式当一个线程完成了其工作或等待需要被阻塞时,其调用系统过程阻塞自身,然后将CPU交由其它线程。
这种的模式的好处,首先,是在用户空间下进行进程切换的速度要远快于在操作系统内核中实现。其次,在用户空间下实现线程使得程序员可以实现自己的线程调度算法。比如进程可以实现垃圾回收器来回收线程。还有,当线程数量过多时,由于在用户空间维护线程表,不会占用大量的操作系统空间。
有好处就有坏处,这种模式最致命的缺点也是由于操作系统不知道线程的存在,因此当一个进程中的某一个线程进行系统调用时,比如缺页中断而导致线程阻塞,此时操作系统会阻塞整个进程,即使这个进程中其它线程还在工作。还有一个问题是假如进程中一个线程长时间不释放CPU,因为用户空间并没有时钟中断机制,会导致此进程中的其它线程得不到CPU而持续等待。
线程实现在操作系统内核中
在这种模式下,操作系统知道线程的存在。此时线程表存在操作系统内核中,如图4所示。
图4.线程在操作系统内核中实现