专栏首页苦逼的码农三分钟基础知识:线程的来龙去脉,你了解吗?

三分钟基础知识:线程的来龙去脉,你了解吗?

本文来自读者 tobe 的投稿,正文如下:

进程最近有些烦恼,整日愁眉苦脸的,拜访内存的时候也有点心不在焉。

内存是个明眼人,开门见山的问道:“进程啊,最近遇到啥问题了?我看你最近情绪有点低落,有啥问题你就直接说出来嘛,我让大家伙儿来一起帮你想想办法。”

进程叹了口气,说道:“唉,最近不是说 CPU 单核频率到瓶颈了吗?人类就用多核芯来弥补单核处理器性能的不足,咱们的 CPU 不也升级到四核了嘛。”

“是啊,这是好事啊,现在最多能并行处理 4 个进程,效率比以前高多了,这还不好吗?”内存疑惑的问。

“好是好,可我每次上 CPU 运行的时候,都忍不住去想,要是单核频率不增加,我总的运行的时间不还是没有什么变化吗?以后的应用程序越来越大,越来越吃 CPU 资源,比如那些大型游戏进程,在短时间内需要进行大量计算,靠单核撑不住怎么办。不谈以后,就说说我自己,我也想能够早点运行完,早点休息啊。”

tobe 注:很明显单进程的运行时间是变小了的,不过这里主要强调的是进程占用 CPU 的时间。

内存点点头,赞同道:“这个问题我倒是没想到,多核处理器对单个进程确实不大友好。那咱得想办法让你能够同时使用几个核心。不过我一时间也想不到什么好办法,还是和大家一起讨论下吧。”

在讨论会上,内存向大家说明了进程现在遇到的问题。

“一个进程怎么并行?”进程调度器第一个发出疑问:“我总不能把一个进程放在四个核上吧,这样不仅毫无意义,还阻碍了其他进程的执行。”

关于进程调度器,可以看这篇文章:进程调度,一个调度器的自白

操作系统见多识广,说:“把进程一次放在几个核上运行肯定是不可能的,我在想,咱们的目标,其实就是让多个核心不冲突地帮助一个进程运行嘛。那我们就得把进程「拆开」,然后放在几个核上。”

操作系统一边说,一边画了张图:

进程拆分

“你们看,假如说 fun1 和 fun2 这两个函数互不关联,我们就可以让两个核同时执行他们,这不就做到并行了吗?”

“你的意思是说把一个进程拆成好几个进程?”

操作系统摇摇头:“不是拆成多个进程,进程切换的代价太大了,再说了,这些拆出来的函数,他们是共用一个地址空间的,天生就能够数据共享,如果拆成进程,我们还得再考虑进程之间的通信问题,那多麻烦。不过为了跟进程区分,就叫他们「线程(Thread)」吧”

进程一惊,要把自己拆成线程?那自己不就没了?赶忙问道:“那我岂不是没有存在的余地了?”

进程调度器也慌了:“要是没了进程,我是不是也要被退休了?”

操作系统赶忙解释道:你们误会了,我要拆开的,是进程的执行流,进程不是包含了资源所有权执行流吗,资源所有权还是由进程来把控,执行流就分给几个线程,就像这样:

执行流

tobe 注:在进程模型里,进程拥有对内存、I/O 通道、I/O 设备和文件等资源的控制权,称之为「资源所有权」。「执行流」可以看做进程在 CPU 上的执行过程(直观一点就是高级语言里的语句)。

进程恍然大悟:“也就是说我仍然是资源的掌控者,那些线程就相当于帮我干活的小弟?”

“没错,而且从这种角度看,你本身还是一个单线程进程。”

听了这么久,内存发问了:“创建进程的时候,我要保存进程 PCB ,那为了创建线程,我是不是还得创建一个 TCB(Thread Control Block)?”

“当然了,线程切换需要的信息就得存在 TCB 里面。不过你放心,TCB 要比 PCB 小得多,所以线程切换会比进程切换快很多。”

多线程进程模型

大家听完,纷纷觉得「线程」这个模型完美的解决了当前的问题,说道:“要不我们现在就在操作系统里添上线程模型吧,早点解决进程的问题。”

但是操作系统面露难色,说:“线程模型只是我们的一个假想,贸然加进来的话,可能会出问题,系统崩溃可就不好了,还是要以稳定为主。。。但这个模型还是得试的,要不我们先创建一个线程库,靠一个用户级别的应用程序——线程调度器来管理这些线程吧。”

进程不解的问:“可是这样的话,我还是被分配在一个单独的核心上啊,即使是多线程,也只能在单核上运行。再说了,如果这些线程里有一个被阻塞,在你看来,是整个进程阻塞了,那其他线程,即使是就绪态,也得不到 CPU 资源。”

操作系统仔细想了下,说:“没办法,用户级线程确实有这两个缺点,但相比起让内核来实现线程,用户级线程也有他的好处——线程切换不需要我进行状态转换(从用户态到内核态),开销小,除此之外,线程库可以有多个调度算法,能够为应用程序量身定做调度算法。”

tobe 注:有一种解决线程阻塞的方案叫 jacketing,他可以把一个产生阻塞的系统调用转化成一个非阻塞的系统调用,比如说,不直接调用系统级的 I/O 例程,而是让线程调用应用级的 I/O jacket 例程,这个 jacket 例程会检查 I/O 设备是否忙,如果忙的话,就不执行 I/O 操作,转而调度其他线程,避免了因等待 I/O 设备而造成的进程阻塞。


用户级线程很快投入使用,Linux系统中的 pthread(POSIX thread)库可以说是大获成功,操作系统做出了一项重大决定——支持内核级线程。

内核级线程解决了进程并行的问题,除此之外,由于内核看得到线程的存在,一个线程阻塞了,位于同一个进程中的其它线程仍然能够运行。

用户级线程和内核级线程

进程表示现在自己十分开心。

本文分享自微信公众号 - 苦逼的码农(di201805)

原文出处及转载信息见文内详细说明,如有侵权,请联系 yunjia_community@tencent.com 删除。

原始发表时间:2019-10-12

本文参与腾讯云自媒体分享计划,欢迎正在阅读的你也加入,一起分享。

我来说两句

0 条评论
登录 后参与评论

相关文章

  • 超硬核,要是当初这么学进程和线程就好了!

    我们平常说的进程和线程更多的是基于编程语言的角度来说的,那么你真的了解什么是线程和进程吗?那么我们就从操作系统的角度来了解一下什么是进程和线程。

    帅地
  • 关于进程与线程的一个简单解释

    进程(process)和线程(thread)是操作系统的基本概念,但是它们比较抽象,不容易掌握。

    帅地
  • 工作中常用到的Linux命令总结

    但是,在学校学完,没咋练手(还是太菜了),去到公司可以说是全忘光了。这篇文章主要来回顾以前的笔记,以及记录一下在工作中比较常用的一些命令。

    帅地
  • Python Web学习笔记之Python多线程和多进程、协程入门

    进程和线程究竟是什么?如何使用进程和线程?什么场景下需要使用进程和线程?协程又是什么?协程和线程的关系和区别有哪些? 程序切换-CPU时间的分配 首先,我们的任...

    Jetpropelledsnake21
  • Java开发学习中线程和进程的区别

    经常有同学分不清进程和线程的区别,今天刚好有空就整理了一份文章,方便大家区分进程和线程.定义不同:进程是操作系统资源分配的基本单位(说直白点就是指正在运行的程序...

    千锋哈尔滨IT培训
  • hiveQL去重

    去重: 以id进行分组,然后取出每组的第一个 select * from (select *,row_number() over (partition by i...

    用户1225216
  • 操作系统核心原理-2.一些基本概念

      从概念上讲,计算机的结构是总线型的:布置一根总线将各种硬件设备挂在总线(Bus)上。

    Edison Zhou
  • Oracle函数学习(转换函数)

    –to_number(数值类型的字符):将字符转换为数值 –to_char(数值或者是日期):将数值或者日期转换为字符 –to_date(日期格式的字符):...

    葆宁
  • 2019-08-09 mysql的学习

    用户4344670
  • 用菲教切入下沉市场,无忧英语会成为在线教育的拼多多吗?

    7月26日,拼多多在纳斯达克正式挂牌上市,市值超过200亿美元,从成立到上市只用了三年时间,刷新了最近十年来,互联网公司从成立到上市的最短时间记录。拼多多极速狂...

    罗超频道

扫码关注云+社区

领取腾讯云代金券