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一、线程、多线程模型
1.1 什么是线程，为什么要引入线程？
还没引入进程之前，系统中各个程序只能串行执行。
进程是程序的一次执行。但这些功能显然不可能是由一个程序顺序处理就能实现的。
例如，在使用QQ聊天的时候，我们没办法边聊天听音乐

如果我们想要一边QQ聊天一边听音乐那就要引入线程的概念

有的进程可能需要“同时”做很多事，而传统的进程只能串行地执行一系列程序。为此，引入了“线程”，来增加并发度。
传统的进程是程序执行流的最小単位。

引入线程后，线程成为了程序执行流的最小单位。

可以把线程理解“轻量级进程”。
线程是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单位。
引入线程之后，不仅是进程之间可以并发，进程内的各线程之间也可以并发，从而进一步提升了系统的并发度，使得一个进程内也可以并发处理各种任务（如QQ视频、文字聊天、传文件）
引入线程后，进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元（如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的）。

1.2 引入线程机制后，有什么变化？
带来的变化：
资源分配、调度
传统进程机制中，进程是资源分配、调度的基本单位
引入线程后，进程是资源分配的基本单位，线程是调度的基本单位
并发性
传统进程机制中，只能进程间并发
引入线程后，各线程间也能并发，提升了并发度
系统开销
传统的进程间并发，需要切换进程的运行环境，系统开销很大
线程间并发，如果是同一进程内的线程切换，则不需要切换进程环境，系统开销小
引入线程后，并发所带来的系统开销减小

类比：
去图书馆看书。
切换进程运行环境：有一个不认识的人要用桌子，你需要你的书收走，他把自己的书放到桌上
同一进程内的线程切换=你的舍友要用这张书桌，可以不把桌子上的书收走。

1.3 线程的属性
线程是处理机调度的单位
多CPU计算机中，各个线程可占用不同的CPU
每个线程都有一个线程ID、线程控制块（TCB）
线程也有就绪、阻塞、运行三种基本状态
线程几乎不拥有系统资源
同一进程的不同线程间共享进程的资源
由于共享内存地址空间，同一进程中的线程间通信甚至无需系统干预
同一进程中的线程切换，不会引起进程切换不同进程中的线程切换，会引起进程切换
切换同进程内的线程，系统开销很小
切换进程，系统开销较大

二、线程的实现方式、多线程模型
2.1 线程的实现方式
用户级线程
历史背景：早期的操作系统（如：早期Unix）只支持进程，不支持线程。当时的“线程”是由线程库实现的.

想要使用QQ来进行视频和文字聊天并且进行文件的传送，想要并发运行的话，在不支持线程的系统当中，我们可以分别建立三个进程，这三个进程分别处理其中的某个事件。

我们可以用while循环的方式来实现代码并发的运行。

从代码的角度看，线程其实就是一段代码逻辑。上述三段代码逻辑上可以看作三个“线程”。while 循环就是一个最弱智的“线程库”，线程库完成了对线程的管理工作（如调度）。
很多编程语言提供了强大的线程库，可以实现线程的创建、销毁、调度等功能。

思考：
1. 线程的管理工作由谁来完成？
2. 线程切换是否需要CPU变态？
3. 操作系统是否能意识到用户级线程的存在？
4. 这种线程的实现方式有什么优点和缺点？

1.用户级线程由应用程序通过线程库实现，所有的线程管理工作都由应用程序负责（包括线程切换）
2.用户级线程中，线程切换可以在用户态下即可完成，无需操作系统干预。
3. 在用户看来，是有多个线程。但是在操作系统内核看来，并意识不到线程的存在。
“用户级线程”就是“从用户视角看能看到的线程”
4.优缺点
优点：用户级线程的切换在用户空间即可完成，不需要切换到核心态，线程管理的系统开销小，效率高
缺点：当一个用户级线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞，并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行。
内核级线程（Kernel-Level Thread, KLT， 又称“内核支持的线程”）
由操作系统支持的线程
大多数现代操作系统都实现了内核级线程，如Windows. Linux

思考：
1.线程的管理工作由谁来完成？
2.线程切换是否需要CPU变态？
3.操作系统是否能意识到内核级线程的存在？
4.这种线程的实现方式有什么优点和缺点？

1. 内核级线程的管理工作由操作系统内核完成。
2.线程调度、切换等工作都由内核负责，因此内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成。
3.操作系统会为每个内核级线程建立相应的TCB（Thread Control Block，线程控制块），通过TCB对线程进行管理。“内核级线程”就是“从操作系统内核视角看能看到的线程”
4.优缺点
优点：当一个线程被阻塞后，别的线程还可以继续执行，并发能力强。多线程可在多核处理机上并行执行。
缺点：一个用户进程会占用多个内核级线程，线程切换由操作系统内核完成，需要切换到核心态，因此线程管理的成本高，开销大。

2.2 多线程模型
在支持内核级线程的系统中，根据用户级线程和内核级线程的映射关系，可以划分为几种多线程模型.

一对一模型：一个用户级线程映射到一个内核级线程。每个用户进程有与用户级线程同数量的内核级线程。
优点：当一个线程被阻塞后，别的线程还可以继续执行，并发能力强。多线程可在多核处理机上并行执行。
缺点：一个用户进程会占用多个内核级线程，线程切换由操作系统内核完成，需要切换到核心态，因此线程管理的成本高，开销大。

多对一模型：多个用户级线程映射到一个内核级线程。且一个进程只被分配一个内核级线程*
优点：用户级线程的切换在用户空间即可完成，不需要切换到核心态，线程管理的系统开销小，效率高
缺点：当一个用户级线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞，并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行
操作系统
重点重点重点：
操作系统只“看得见”内核级线程，因此只有内核级线程才是处理机分配的单位。

多对多模型：n用户及线程映射到 m个内核级
线程（n>=m）。每个用户进程对应m个内核级线程。
克服了多对一模型并发度不高的缺点（一个阻塞全体阻塞），又克服了一对一模型中一个用户进程占用太多内核级线程，开销太大的缺点。
可以这么理解：
用户级线程是“代码逻辑”的载体内核级线程是“运行机会”的载体
内核级线程才是处理机分配的单位。例如：多核
CPU环境下，左边这个进程最多能被分配两个核。
一段“代码逻辑”只有获得了“运行机会”才能被
CPU执行。
内核级线程中可以运行任意一个有映射关系的用户级线程代码，只有两个内核级线程中正在运行的代码逻辑都阻塞时，这个进程才会阻塞。

小结：

三、线程的状态与转换
3.1 状态与转换
与传统的进程一样，在各线程之间也存在着共享资源和相互合作的制约关系，致使线程在运行时也具有间断性。相应地，线程在运行时也具有下述三种基本状态：（1）执行状态，表示线程已获得处理机而正在运行；（2）就绪状态，指线程已具备了各种执行条件，只须再获得CPU便可立即执行：（3）阻塞状态，指线程在执行中因某事件受阻而处于暂停状态，例如，当一个线程执行从键盘读入数据的系统调用时，该线程就被阻塞。

3.2 线程的组织与控制