在用户态与内核中实现并使用线程

前言

一个进程内有多个线程，线程有自己的寄存器，程序计数器，堆栈，状态。但是线程间是没有保护的，可以共享地址空间，打开文件集，子进程，定时器以及相关信号量。为什么没有保护，原因是：不可能，也没必要。不同进程可能来自不同用户，它们之间彼此可能有敌意，用户所持有的资源以进程为单位。

与传统进程一样，线程也拥有运行，阻塞，就绪终止状态，正在运行的线程独占CPU并且活跃。与进程状态切换一致，这里就不介绍了。

每个线程堆栈都有一帧，在该栈帧存放了局部变量和过程调用后的返回地址。

在多线程情况下，进程通常会从当前的单个线程开始，也就是主线程，该线程会调用库函数（thread_create）来创建新线程。一般来说，线程之间是平等的。这里介绍其它库函数：

pthread_exit:线程运行结束时，退出，线程消失。

pthread_join:一个线程可以阻塞等待另一个线程退出。

pthread_yield:允许线程自动放弃CPU让给其它线程。

4. pthread_attr_init:创建并初始化一个线程的属性结构。

5. pthread_attr_destroy:删除一个线程的属性结构。

pthread.h

在用户态实现线程

在用户空间管理线程时，每个进程都会有一个线程表，用来跟踪该进程中的线程。这些表和内核空间中的进程表相似，不过它仅记录线程的属性。

用户线程中，每个进程都有其相关调度算法，可扩展性高，这是因为内核线程需要固定的表格和堆栈空间。

但是，由于用户线程没有时钟中断，导致某线程想要运行时，只能依靠前一个线程主动放弃CPU，所以没有轮转的说法。

在内核中使用线程

当内核支持管理线程时，进程中就没有线程表了，相反，在内核中就有一张线程表，线程想要创建新线程时，通过系统调用来对线程表更新。另外，内核还维护了传统的进程表。

在上述情况下，当一个线程阻塞时，就可以通过系统调用（内核中的线程表）来切换线程了。

在内核回收和创建线程代价是比较大的，所以回收时，一般会将线程标记为不可运行（并不是真正的回收），需要时再启动。用户态线程不需要。

虽然内核线程可以解决很多问题，但不是能解决所有问题。比如信号问题，创建新进程问题等......

混合实现

人们研究出了采用多个用户线程对应一个内核线程的方法，多个用户线程多路复用。

弹出式线程

在分布式系统中，线程经常使用，通常下，服务接受到消息后，该服务所对应的线程会阻塞并receive，但是弹出式线程会创建一个新的线程去处理收到的消息。

在一些OS中，协作的进程可能共享一些彼此都能读写的公共存储区。该存储区可能是一个数据结构，可能是一个共享文件。



审核编辑：刘清