操作系统--用户级线程与内核级线程

一.多进程是操作系统基本图像

进程都是在内核进行

二.用户级线程

2.1线程引入

可以切指令不切表，也就是资源不动，指令执行分开，更加轻量化，从而提高效率，保留并发优点，避免进程切换代价，也就引入了线程．

2.2多线程例子

同时触发以及用yield交替执行

104是B的函数返回地址，将104压栈，其他也是陆续压栈，用两个执行序列和一个栈，就会发现第一个线程，居然返回的函数地址是404，也就是线程在乱跑．

解决办法，一个序列一个栈，切回线程要将栈切回，用一个地方存放栈指针也就是TCB(thread control block)，esp是cpu寄存器（理解为大脑），利用TCB和栈配合就解决了多线程执行问题，每个线程有自己的TCB和栈．

用户级线程缺点：由于某个线程阻塞，导致进程阻塞，而内核并不知道，不会切换到下一个线程，会到另一个进程，这样浏览器例子就不会显示内容．

但是内核级线程就不会这样

三.内核级线程

3.1 多核利用核心级线程优势

并发：同时触发，交替执行，共用一套资源．这意味着，如果程序在单核处理器上运行，那么这两个线程将交替地换入或者换出内存。这些线程是同时“存在”的——每个线程都处于执行过程中的某个状态。
并行：同时触发，同时进行．如果程序能够并行执行，那么就一定是运行在多核处理器上。此时程序中的每个线程都将分配到一个独立的处理器核上，因此可以同时运行。

多核共用一套内存映射，真正实现核心级线程才能利用多核，如果用多进程，就需要不同资源（内存映射）那实际上对于多核就是一套资源反复切换，如果用用户级线程，操作系统是看不见的，没法使用多核．也就是多核只能适用于核心级线程才能发挥优势．

3.2和用户级线程对比

进入内核只能是中断，INT指令是一个中断指令

四.总结

多个线程同时执行任务肯定存在线程间的同步和互斥：

线程同步：指线程之间所具有的一种制约关系，一个线程的执行依赖另外一个线程的消息，当它没有得到另一个线程的消息时应等待，直到消息到达时才被唤醒。
线程互斥：指对于共享的进程系统资源，每个线程访问时的排他性。当有若干个线程都要使用某一个共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其他线程必须等待，直到占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。

线程间的同步方法大体可以分为两类：

用户模式(使用时不需要切换内核态，只在用户态完成操作)：临界区：适合一个进程内的多线程访问公共区域或代码段时使用；
内核模式(利用系统内核对象的单一性来进行同步，使用时需要切换内核态与用户态)：
- 事件：通过线程间触发事件实现同步互斥；
- 互斥量：适合不同进程内多线程访问公共区域或代码段时使用，与临界区相似；
- 信号量：与临界区和互斥量不同，可以实现多个线程同时访问公共区域数据，原理与操作系统中PV操作类似，先设置一个访问公共区域的线程最大连接数，每有一个线程访问共享区资源数就减一，直到资源数小于等于零；

参考:

操作系统_哈尔滨工业大学_中国大学MOOC(慕课)