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操作系統(四) -- 用戶級線程與核心級線程(線程的切換)

飛來科技  發布時間:2019-08-23 14:04:44

本文關鍵詞:用戶級線程

線程 線程池_內核級線程和用戶級線程_用戶級線程

c.創建泛型所應該的資源比建立進程的資源少,所以線程間的切換比進程間的切換效率高。內核線程(kernel thread, klt)就是直接由操作系統內核支持的輪詢,這種線程由內核來完成泛型切換,內核通過操作調度器對句柄進行調度,并負責將泛型的任務映射到各個處理器上。1.通過中斷處理過程中的調度時機,用戶態進程與內核線程之間互相切換和內核線程之間互相切換,與最一般的狀況比較相同,只是內核線程運行過程中出現中斷沒有進程用戶態和內核態的轉化。

線程在進程的地址空間中,一個進程的中可執行多個線程,每個線程是一個控制流(負責一件事情),多線程的控制步驟可以大量并存,操作系統會在各線程之間調度和切換,就像在多個進程之間調度和切換一樣。linux內核正在真現線程切換時,耍了個花,它其真不是直接jmp,而是先把esp切換為目的線程的內核棧,把目的線程的代碼地點壓棧,然后jmp到__switch_to(),相當于真造了一個call __switch_to()指令,然后,正在__switch_to()的最終借助ret指令返回,如許就把棧里的目的線程的代碼地點放進了eip,接下來cpu就開端履行目的線程的代碼了,真正在也就是前次停正在switch_to那個宏睜開的處所。線程有自己的堆棧和局部變量,但線程之間沒有單獨的地址空間,一個線程死掉就等于整個進程死掉,所以多進程的程序要比多線程的程序健壯,但在進程切換時,耗費資源較大,效率要差一些。

多個進程可以“同時”執行,其實也就是換著執行,那么在同一個進程后面,不同的代碼段能不能換著執行呢?比如在進程A里面有代碼段1、代碼段2、代碼段3;能不能先執行一下代碼段1,然后執行一下代碼段3,再執行一下代碼段2呢?答案是可以的。進程的切換包括指令的切換和映射表的切換,那么同一個進程后面就沒必要進行映射表的切換了,即只應該切換指令就可以了。上面所說的代碼段其實就稱為“線程”。

前面說了多線程只應該進行指令的切換就可以了;這樣相對于進程來說,多線程保留了多進程的缺點:并發。避免了進程切換的損失(切換映射表應該浪費比較多的時間)。如果無法將多線程的切換弄清楚,那么多進程的切換顯然也就直剩下了映射表的切換,這是典型的“分而治之”。

以前網速比較慢的之后,打開瀏覽器訪問一個網頁,首先彈起來的是網站的文字部分,然后是一些照片,最后才是一些小視頻之類的。為什么呢?瀏覽器向服務器發起訪問的程序是一個進程,它包括若干線程,比如:一個線程用來從服務器接收數據,一個線程用來顯示文本,一個線程用來顯示文本,一個線程用來顯示截圖等等。在網速比較慢的之后用來從服務器接收數據的輪詢要執行的時間比較長,因為一些照片和視頻都比較大。如果要等這個線程運行完了以后再顯示,那么手機屏幕都會有一段時間什么東西都沒有,這樣客戶感受才會比較差;一個比較合理的方法是:接受數據的輪詢接受完文本東西以后,就讀取顯示文本的泛型將數據顯示出來,然后再接受圖片再顯示,再接受視頻再顯示;這樣至少可以保證手機屏幕上依舊有東西;相比上面的方式好太多,當然最根本的方法還是提升網速。

還有一個問題,為什么瀏覽器

向服務器請求數據的程序是一個進程,而不是多個?瀏覽器接受服務器的數據顯然都是存儲在一個緩沖區里面的,并且這個緩沖區是共享的,如果是多個進程,那么顯然有多個映射表,也就是說如果程序上面內存數據的地址是連續的,經過不同的映射表以后,就會分布在內存的不同區域,這樣顯然沒有在一塊地方好處理呀。

按照大綱考點的次序,諸如進程的概念、基本特點、組成結構,進程與程序的差別與聯系,進程的狀況及其相互轉化的條件及過程,進程間的通信手段,線程的定義以及和進程的差別與聯系,調度的基本概念、時機、切換過程和諸多調度算法,進程同步相關的概念,實現同步與互斥的模式,信號量和pv操作,管程的基本構成結構和運行過程,死鎖的基本概念,死鎖產生的四個必要條件,預防、避免、檢測和終止死鎖的機理與技巧,這些點都可以發生在選擇題中進行考查。不過除此以外的大多數情況(即不在na對象的方式中調用另一個套間對象的技巧)都不會發生線程切換,即使出現下面的狀況也只有必要(mta調na再調mta就不用切換)才切換線程。(1)概念:線程執行時間由平臺分配,切換不是由線程本身決定。

下面說一下線程之間到底是能否切換的,其實主要是切過去以后需要才能切出來。

線程一

100:A()
{
	B();
	104:
}
200: B()
{
	Yield1();	// 切換線程
	204:
}

線程二

300:C()
{
	D();
	304:
}
400: D()
{
	Yield2();
	404:
}

按照這個執行一下,首先從句柄一的A函數開始,調用B函數,將B函數的返回地址:104壓棧,然后開啟B函數;在B函數內部使用Yield1切換到句柄二的C()函數后面去,同時將Yield1的返回地址壓棧,此時棧中的數據如下:

線程 線程池_內核級線程和用戶級線程_用戶級線程

104 204

Yield的偽代碼應該是:

void Yield1()
{
	find 300;
	jmp 300;
}

現在執行到了泛型二,計劃是在D函數后面通過Yield2跳到句柄一的204這個地址,完成泛型的切換。調用c函數,同時將304這個地址壓棧,跳到D函數后面執行,在D函數前面讀取Yield2,同時將404壓棧。Yield2的偽代碼需要是:

void Yield2()
{
	find 204;
	jmp 204;
}

目前棧上面的數據需要是:

104 204 304 404

跳到204之后,接著執行B函數剩下的內容,執行完內容以后,執行變量B的"}"相當于ret,彈棧,此時棧頂的地址是404,B函數需要是返回到104處,而不是404處;這里就發生了問題。怎么處理?

處理方式是使用兩個棧,在不同的線程上面使用不同的棧。程一中使用棧一,線程二中使用棧二。這是一個偉大的發明。

如果兩個線程同時讀取該變量,函數將不依據預期的行為執行,可能另一線程在你把m_bstarted置為true后,再次開啟把m_bstarted置為false,本來你要執行section 2的代碼結果沒執行.。毫無疑問6樓的程序沒有問題,關于參數在棧上面,在這后面也沒有問題,因為6樓調用了pthread_join函數,主線成會一直直到子線程執行完畢,在子線程執行完畢前,主線程棧不會被釋放。所以這里就是執行event_register_epoll函數,這個變量會在socket描述符上登錄一些事件,然后廣播一個條件信號,在阻塞的輪詢就會開始執行并開始讀取epoll_wait等待具體的io事件,當登錄的io事件響應之后會讀取響應的變量處理,上面是登錄了socket調用事件,也就是如果有客戶端的鏈接請求到來時會執行這里登錄的變量,注冊的數組定義如下:。

104  204

執行到D函數的Yield2之后,線程二對應的棧二的內容需要是:

304 404

//這個就是調用數據訪問方式,如這里是讀取manager.personmanagerimpl.getlist(),并用result保存執行的結果(數據訪問的結果),如這里讀取了getlist()方法,會先打印出"getpersonfromdb",然后將結果集放入到result里面去,這里由于使用的是自己配置只能放在10個元素的ehcache,所以這里的result是arraylist,它上面存放的是elementdata[10],并將getlist得到的結果放入到elementdata里面去了system.out.println("setintocache")。如果你要查看某一層的信息,你應該在切換當前的棧,一般來說,程序中止時,最頂層的棧就是當前棧,如果你要查看棧上面層的具體信息,首先要做的是切換當前棧。比如get數據到一個textarea里面,如“aaa bbb”,想把這段文字在textarea里面真正按行存放,而不是顯示起來按行存放(所謂的真正按行存放就是,再把這個textarea的數據post到另外一個頁面的textarea里面仍是按行存放)。

用戶級線程_線程 線程池_內核級線程和用戶級線程

void Yield2()
{
	TCB2.esp = esp;			// 保存當前棧頂地址
	esp = TCB1.esp;			// 切換棧
	jmp 204;				
}

jmp到204之后,執行完B函數剩下的代碼以后執行B函數的"}",即彈棧,這時棧頂是204,也就是又跳到204去了,顯然有問題,但是比上面已經好太多了,因為不會跳到另外一個線程里去。那以后為什么會這樣呢?原因是Yield2()直接跳到204之后,而沒有將棧中的204彈回來,如果Yield2跳到204這個位置,同時將棧中的204彈回來就好了。其實這個可以實現,修改

Yield2如下:

void Yield2()
{
	TCB2.esp = esp;			// 保存當前棧頂地址
	esp = TCB1.esp;			// 切換棧
}

沒錯,就是將jmp 204去掉就可以了,利用Yield2的"}“彈棧同時跳到204地址處, 執行完B函數以后, 通過B函數的”}"再次彈棧到104處,完美。

首先來看第一個問題:

在這里插入圖片描述

多處理器每一個cpu都有一套自己的MMU。多核是所有的CPU共用一套MMU,也就是多個CPU的內存映射關系是一致的。

多核就有種單個進程的概念,在這個進程外部所有的線程都是共用一套MMU的。多處理器就有種多進程的概念,每個CPU的MMU都不一樣。因此針對同一個進程來說,多核可以同時執行這個進程后面的輪詢,但是多處理器不行,只有多線程才能將多核利用起來,因為今天手機都是多核的,所以這是多線程的一大區別。這里的輪詢指的是核心級線程。核心級線程可以將每一個線程對應到準確的cpu上。

針對線程模型的兩大意義,分別研發出了核心級線程和用戶級線程兩種線程模型,分類的標準主要是線程的調度者在核內還是在核外。多對一模型將多個用戶輪詢映射到一個內核線程上,線程之間的切換由用戶態的代碼來進行,因而絕對模型,多對一模型的輪詢切換速度要快很多。一個線程在執行以下任意一步時都有可能出現線程切換,導致加1操作未完成,由于當執行流由內核態切換到用戶態時最容易觸發進程切換,所以我們在兩步之間加上一個printf語句,她會執行write系統讀取進入內核,為泛型切換提供了一個很好的機會,我們在一個循環中反復執行該操作,來說說結果是什么樣的。

一個線程在執行以下任意一步時都有可能出現線程切換,導致加1操作未完成,由于當執行流由內核態切換到用戶態時最容易觸發進程切換,所以我們在兩步之間加上一個printf語句,她會執行write系統讀取進入內核,為泛型切換提供了一個很好的機會,我們在一個循環中反復執行該操作,來看看結果是什么樣的。1.通過中斷處理過程中的調度時機,用戶態進程與內核線程之間互相切換和內核線程之間互相切換,與最一般的狀況比較相同,只是內核線程運行過程中出現中斷沒有進程用戶態和內核態的轉化。linux內核正在真現線程切換時,耍了個花,它其真不是直接jmp,而是先把esp切換為目的線程的內核棧,把目的線程的代碼地點壓棧,然后jmp到__switch_to(),相當于真造了一個call __switch_to()指令,然后,正在__switch_to()的最終借助ret指令返回,如許就把棧里的目的線程的代碼地點放進了eip,接下來cpu就開端履行目的線程的代碼了,真正在也就是前次停正在switch_to那個宏睜開的處所。

在這里插入圖片描述

看一個例子:

100:A()
{
	B();
	104:
}
200:B()
{
	read();
	204:
}
300:read()
{
	int 0x80;
	304:
}
---------------------------------
system_call:
	call sys_read;
1000:
2000:sys_read(){}

線程 線程池_內核級線程和用戶級線程_用戶級線程

上面的“-----”表示用戶態和核心態的分界;首先該句柄讀取B函數,將104壓棧(用戶棧),進入B函數以后讀取read()這個平臺調用,同時將204壓棧(用戶棧),進入read()系統讀取通過int0x80這個中斷號進入內核態用戶級線程,執行到

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