线程
约 1145 个字 2 张图片 预计阅读时间 4 分钟
简介
为了提高系统响应性，需要将操作分的尽可能小，但是为了高效的执行，代码应该较大块地执行，更准确地说，我们希望能够调度更小的操作，这些枯燥的工作可以留给OS去完成，这就是线程。线程可以理解成更轻量级的进程，进程是资源分配的最小单位，而线程是调度的基本单位。
线程相比进程有如下优点：
- 响应性(Responsiveness)：交互性应用
- 资源共享(Resource Sharing)：分配给代码和数据的内存可以被共享
- 经济(Economy)：创建进程的开销更大
- 利用多进程架构(Utilization of MP Architectures)：多线程增加了并发度
Concurrency vs. Parallelism
并行一般是指真的同时执行，比如多核CPU或者分布式系统，而并发可以是真的并行，但更侧重有多个任务轮流执行，在单核CPU上也可以并发。
线程可以共享进程的部分资源，包括代码、数据和文件等，但每个线程都有自己的寄存器和栈，栈本质是同一个，但是不同线程的sp指针的位置不同，只要找到地址就可以把值取出。
线程管理
用户线程 vs. 内核线程
- 用户线程的管理由用户态线程库完成，比如Java threads
- 内核线程由内核支持，现代OS基本都实现了内核线程
- 如果只有用户线程，那么实际上OS调度的还是进程
多线程基本模型
- many to one的模型将多个用户线程映射到一个内核线程，线程管理非常高效，但是在有线程进行系统调用时，其它线程也会被阻塞，原因是OS并不知道有很多个线程，它一次只会调度一个线程
- one to one的模型将一个用户线程映射到一个内核线程，有更高的并发，但是创建线程的开销会比较高
- many to many的模型将多个用户线程映射到多个内核线程，折中的方式使它更加灵活
Two level 模型
类似于many to many的模型，不过它同时也允许一个用户态线程被绑定到一个内核线程上。
相关事务
fork与exec
一个线程调用了fork创建了一个新进程，是会复制所有线程，还是只复制调用它的线程，这个取决于操作系统，一些Unix的系统会同时拥有两种实现。
exec会替代整个进程
线程取消
在一个线程完成之前终止它，有两种通用的方法：
- Asynchronous cancellation：立刻终止目标线程
- Deferred cancellation：允许周期性检查标志位，从而取消目标线程
信号控制
- 信号(singnals)在unix系统中用来通知一个进程特定事件发生了
- 一个信号控制器来处理信号，要么同步要么异步
- 信号由特定的事件产生，被传送给特定的进程，最终被处理
- 信号可以选择发给信号应用的线程、进程中的所有线程、进程中的特定线程或者是用一个专门的线程来接收进程所有信号。
线程池
预先创建一系列的线程备用（类似于内存池，避免每次都去系统调用）。优点如下：
- 通常使用已有的线程比创建新的线程要稍快
- 使系统中线程的数量限制在在池大小内
线程数据
TLS(Thread Local Storage)允许每个线程都有自己专属的数据，和静态变量很像，但是对每个线程来说是独一无二的，在你没有控制线程创建的情况下很有用
调度器活动
many to many和two level都需要通知内核以维护恰当的内核线程数量，在许多系统中LWP(light-weight-process)充当了用户级线程和内核线程之间的桥梁，可以把它理解为比进程开销小，但比纯粹的用户级线程更直接地得到内核支持的执行单元。
Scheduler Activations提供了upcall机制能够从kerenl将信息传递到线程库，这种通信使得应用程序能够维持正确数量的内核线程,当一个应用程序线程即将阻塞时就会触发一个upcall