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用戶級線程和內核級線程的區別

飛來科技  發布時間:2019-08-23 14:03:57

本文關鍵詞:用戶級線程

線程與線程池_用戶級線程_線程 線程池

切換完畢要從內核態返回用戶態。用戶級線程內核的切換由用戶態程序自己控制內核切換,不需要內核干涉,少了進出內核態的消耗,但不能很好的借助多核cpu,目前linux pthread大體是這么做的。用戶態下可以使用~來切換線程,內核態下切換處理器。

2. 用戶級線程內核的切換由用戶態程序自己控制內核切換,不需要內核干涉,少了進出內核態的消耗,但不能很好的借助多核Cpu,目前Linux pthread大體是這么做的。

線 程的實現可以分為兩類:用戶級線程(User-Level Thread)和內核線線程(Kernel-Level Thread),后者又稱為內核支持的輪詢或輕量級進程。在多線程操作系統中,各個系統的實現方法并不相同,在有的平臺中推動了用戶級線程,有的系統中實 現了內核級線程。

用戶輪詢指不需要內核支持而在用戶程序中推動的輪詢用戶級線程,其不依賴于操作系統核心,應 用進程運用線程庫提供建立、同步、調度和管控線程的變量來控制客戶線程。不需要用戶態/核心態切換,速度快,操作系統內核不知道多線程的存在,因此一個線 程阻塞將促使整個進程(包括它的所有線程)阻塞。由于這里的處理器時間片分配是以進程為基本單位,所以每個線程執行的時間相對增加。

linux支持內核級的輪詢,但它將泛型定義為進程的另一個“執行上下文”,從而簡化了進程/線程之間的關系和調度程序的設計,它的線程庫提供了和posix兼容的線程同步機制。而操作系統提供支持的輕量級進程則成為客戶線程和內核線程之間的橋梁,這樣可以使用內核提供的輪詢調度功能及處理器映射,并且用戶句柄的平臺讀取要借助輕量級線程來完成,大大降低了整個進程被完全阻塞的風險。優點:用戶編程簡單,線程切換由內核負責,如果一個線程阻塞,進程并不會阻塞。

用戶輪詢運行在一個中間平臺下面。目 前后面系統推動的方法有兩種,即運行時平臺(Runtime System)和內核控制線程。“運行時平臺”實質上是用于管理和控制句柄的變量集合,包括建立、撤銷、線程的同步和通訊的變量以及調度的數組。這些方程 都駐留在用戶空間作為用戶輪詢和內核之間的插槽。用戶句柄不能使用平臺讀取,而是當原語需要系統資源時,將請求傳送給運行時,由后者借助相應的平臺讀取來 獲取系統資源。內核控制句柄:系統在分給進程幾個輕型進程(LWP),LWP可以借助平臺讀取來獲取內核提供的服務,而進程中的客戶線程可借助復用來關聯 到LWP,從而給與內核的服務。

以下是用戶級線程和內核級線程的區分:

線程與線程池_用戶級線程_線程 線程池

(1)內核支持線程是OS內核可認知的,而用戶級線程是OS內核不可感知的。

(2)用戶級線程的構建、撤消和調度不需要OS內核的支持,是在語言(如Java)這一級處理的;而內核支持協程的構建、撤消和調度都需OS內核提供支持,而且與進程的構建、撤消和調度大體是相近的。

(3)用戶級線程執行平臺讀取指令時將促使其所屬進程被中止,而內核支持泛型執行系統讀取指令時,只導致該句柄被中止。

4、進程是帶有一定獨立功能的程序關于某個數據集合上的一次運行活動,進程是平臺進行資源分配和調 度的一個獨立單位. 線程是進程的一個實體,是cpu調度和分派的基本單位,它是比進程更小的能獨立運行的基本單位.線程 自己基本上不擁有平臺資源,只擁有一點在運行中必不可少的資源(如程序計數器,一組寄存器和棧)但是 它可與同屬一個進程的其他的線程共享進程所擁有的全部資源. 一個線程可以建立和撤銷另一個線程。而 m:n 模型下,多個用戶輪詢對應于內核中的多個內核線程,用戶輪詢調度僅限于在本進程范圍內進行,而對應的內核線程則交由內核進行調度。當線程在平臺內運行時,線程的調度具有一定的透明性,程序一般能夠精確控制線程的輪換執行,但我們可以借助一些措施來確保線程協調運行,也就是處理線程之間的通信。

(5)用戶級線程的程序實體是運行在用戶態下的程序,而內核支持泛型的程序實體則是可以運行在任何狀況下的程序。

內核線程的優點:

(1)當有多個處理機時,一個進程的多個線程可以同時執行。

線程與線程池_用戶級線程_線程 線程池

缺點:

(1)由內核進行調度。

用戶進程的特點:

(1) 線程的調度不需要內核直接參與,控制簡單。

(2) 可以在不支持線程的操作系統中推動。

(3) 創建和銷毀線程、線程切換代價等泛型管理的代價比內核線程少得多。

(4) 允許每個進程定制自己的調度算法,線程管理比較靈活。

用戶級線程_線程 線程池_線程與線程池

(5) 線程才會利用的表空間和堆棧空間比內核級線程多。

#2. 阻塞調用:當socket工作在阻塞方式的之后,如果沒有數據的狀況下讀取recv函數,則當前句柄就會被掛起,直到有數據為止。線程同步的訪問模式也稱為阻塞調用,即沒有執行完任務不返回,線程被掛起。調用線程的start方法后句柄處于待命狀態,線程調度平臺將就緒狀態的輪詢轉為運行狀況,遇到synchronized語句時,由運行狀態轉為阻塞,當synchronized獲取鎖后,由阻塞轉為運行,在這種狀況可以讀取wait方法轉為掛起狀態,當線程關聯的代碼執行完后,線程變為結束狀態。

缺點:

(1)資源調度依據進程進行,多個處理機下,同一個進程中的輪詢只能在同一個處理機下分時復用

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內核線程只運行在內核態,不受用戶態上下文的拖累。

上圖(n:1模型)是最初的一個用戶線程模型,從中可以看出,進程中包括泛型,用戶輪詢在用戶空間中推動,內核并沒有直接對客戶線程進程調度,內核的調度對象和傳統進程一樣,還是進程本身,內核并不知道用戶線程的存在。首先,得介紹下線程,linux中的線程實際上就是輕量級的進程,cpu調度的之后是以線程調度的,而一個進程可以擁有多個泛型,然后統一由內核統一調度。程序一般借助輕量級進程(light weight process, lwp)來使用內核線程,輕量級進程即一般含義上的輪詢。

線程 線程池_線程與線程池_用戶級線程

當使用fork系統 調用時,內核調用do_fork()不使用任何共享屬性,進程擁有獨立的運行環境,而使用pthread_create()來建立線程時,則最后修改了所 有很多屬性來讀取__clone(),而這些參數又全部傳給核內的do_fork(),從而建立的"進程"擁有共享的運行環境,只有棧是獨立的,由 __clone()傳入。當使用fork系統 調用時,內核調用do_fork()不使用任何共享屬性,進程擁有獨立的運行環境,而使用pthread_create()來建立線程時,則最后修改了所 有很多屬性來讀取__clone(),而這些參數又全部傳給核內的do_fork(),從而建立的"進程"擁有共享的運行環境,只有棧是獨立的,由 __clone()傳入。當使用fork系統讀取時,內核調用do_fork()不使用任何共享屬性,進程擁有獨立的運行環境用戶級線程,而使用pthread_create()來建立線程時,則最終修改了所有很多屬性來讀取__clone(),而這些參數又全部傳給核內的do_fork(),從而建立的"進程"擁有共享的運行環境,只有棧是獨立的,由__clone()傳入。

與普通進程區別:LWP只有一個最小的執行上下文和調度程序所需的統計信息。

用戶輪詢的構建、同步、銷毀和調度完全在用戶態中完成,不需要內核的幫助。用戶線程之間的調度由在客戶空間推動的線程庫實現。狹義上的客戶線程指完全確立在用戶空間的輪詢庫上,線程從構建到銷毀不需要內核的幫助,不需要切換到內核態。

LinuxThreads是用戶空間的線程庫,所采取的是泛型-進程1對1模型(即一個 用戶輪詢對應一個輕量級進程,而一個輕量級進程對應一個特定 的內核線程),將句柄的調度等同于進程的調度,調度交由內核完成,而線程的構建、同步、銷毀由核外線程庫完成(LinuxThtreads已綁定到 GLIBC中發行)。

答:“監視進線程構建”將icesword運行之后的進線程建立讀取記錄在循環緩沖里,“監視進程中止”記錄1個進程被其它進程terminate的情況。在linux平臺中,posix線程可以“看做”為一種輕量級的進程,pthread_create創建句柄和fork創建進程都是在內核中讀取__clone函數構建的,只不過創建句柄或進程的之后選項不同,比如是否共享虛擬地址空間、文件描述符等。當進程構建一個新的句柄時,系統會查看進程地址空間中所有的dll文件映射,之后用dll_thread_attach來讀取dll中的dllmain函數。

LinuxThreads只支持調度范圍為PTHREAD_SCOPE_SYSTEM的調度,默認的調度策略是SCHED_OTHER。

用戶輪詢調度策略也可設置成SCHED_FIFO或SCHED_RR方式,這兩種模式支持優先級為0-99,而SCHED_OTHER只支持0。

linux的進程調度并未使用直接均分時間片的方法,而是對優先級進行了優化,采用了兩種不同的優先級范圍,一種是nice值,范圍是-20到+19,越大的nice值意味著更低的優先級,低nice值的進程會獲取更多的處理器時間(按比率獲得),第二種范圍是實時優先級,其值是可配置的,默認狀況下它的差異范圍是從0到99,與nice值意義相反,越高的實時優先級數值意味著進程優先級越高,任何實時進程的優先級都超過普通進程。對強占式短進程優先調度算法而言,其本質特點便是按進程的預計運行時間快慢進行順序,先執行短進程。}}}6.運行結果以及預測6.1測試用例假設有四個進程,其進程信息如下表所示:進程名 到達時間 運行時間 p1 8:00 4:00 p2 9:00 2:00 p3 10:00 1:00 p4 11:00 2:00 6.2 運行結果運行main函數后,dos命令窗口如下(圖4):輸入數據 “3”后,顯示結果如下(圖5):重新輸入數據“1”后,顯示如下(圖6):輸入任意鍵開始,顯示如下(圖7):輸入數據“2”,察看搶占式短進程優先算法(圖8):6.3 結果預測6.3.1 先來先服務此調度算法是依據進程到達時間排序進行運行,所以進程的抵達時間次序就是和進程運行結束時間點的先后順序相一致。

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