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天穹之边，浩瀚之挚，眰恦之美；悟心悟性，虎头蛇尾，惟善惟道！—— 朝槿《朝槿兮年说》
写在结尾
家喻户晓，在计算机操作系统中，过程 (Process) 是一个很要害的概念，最实质的了解就是操作系统执行的一个应用程序 (Application Program)。与每个过程相干的是地址空间(Address Space)。其中，形容的是从某个最小值的存储地位(通常是 0) 到最大值的存储地位的列表。在这个地址空间中，过程能够进行读写操作。地址空间中能够寄存可执行程序，以及程序须要的数据和栈针。与每个过程相干的资源汇合。通常包含寄存器 (Registers), 关上的文件清单，突发的零碎报警，无关的过程清单和其余执行程序的信息。其中，寄存器次要包含程序计数器(Program Counter) 和堆栈指针(Stack Pointer)。从肯定水平上，咱们能够把过程当作包容运行一个程序所有信息的一个容器(Container)。
操作系统中能够应用过程来形容一个程序的执行过程，过程领有该程序的所有数据(包含一些 I / O 分配情况、内存分配情况等)，也就是该程序的一个载体，所以过程有一个特点就是资源分配的单位，这一点非常重要。过程还有一个特点就是调度执行，交替执行以进步资源利用率。
操作系统治理过程 (创立、切换过程、调配与回收等) 开销是很大的，比方过程创立时还须要创立 PCB，分配内存独立的内空间，建设映射表，创立资源，过程切换时还须要切换资源，如切换对应的内存映射表，过程退出时还须要开释资源。
由此不难得出一个论断，每一个过程都有一个地址空间 (Address Space) 和一个控制线程(Control Thead)。然而，操作系统有了过程为何要呈现线程呢？次要是因为，尽管过程任然是资源分配的单位，然而调度执行却交给了线程，因为线程是在过程的外部，线程间的切换不必切换资源，不必切换映射表，只须要简略的在过程外部切换一下 PC 指针和保留一些寄存器即可，这也就更轻量了(防止不了不同过程间的线程切换)。
根本概述
线程 (Thread) 既保留了并发执行的长处，也防止了过程切换的代价。
假如当初有一个网络服务器，此时没有线程的概念，该服务器程序用到多个过程，如用一个过程监听客户端的申请，当客户端连贯上后就分派出 (复制出一个子过程) 一个过程给该用户(每个过程都有独立的资源)，用于监听该用户发送的数据并解决(即多过程程序)，此时构想一下，这多个过程切来切去，每次切换的时候都须要切换资源，是不是很消耗资源。
此时，引入了线程之后，网络服务器这个程序是一个过程，过程用于承载该程序的资源，首先用过程中的一个线程监听申请，每次连贯客户端都调配一个线程给用户(多线程程序)，此时处理器只须要在这几个线程中切换即可，线程的切换不须要切换资源(过程时资源级的切换，线程是指令级的切换)，那么多个线程只须要共享过程中的资源即可，其运行速度和执行效率也失去了晋升。
由此可见，操作系统引入线程后，调度和分派是在线程上实现的，然而某些流动会影响过程中的所有线程，因而这些流动必须在过程级对他们进行治理。如挂起操作会挂起所有线程，因为所有线程共享过程的用户地址空间。引入了线程最要害的体现在以下两个方面：
- 线程的创立、终止和调度更轻量
- 线程间的通信不进过内核，不须要用户态 -> 内核态的转换
然而，同时也减少了程序的开发难度，如果开发者对于线程机制的把握和意识不够精确，也会陷入技术困惑。
线程模型
所有线程共享过程的状态和资源，所以线程都驻留在同一块地址空间中，并可拜访雷同的数据。
对于有线程和无线程的区别，其中次要是体现在用户栈和内核栈两个要害：
- 用户栈用于保留用户过程的子程序间互相调用的参数、返回值以及局部变量等信息(保留一般办法的栈)
- 内核栈是程序产生零碎调用时内核态调用办法时的栈；用户地址空间则是过程的程序和数据寄存的空间，线程是没有本人的用户地址空间的
一般来说，用户栈和内核栈曾经在线程中独有，也证实了线程成为了任务调度的根本单位，这些线程都共享过程所持有的资源，线程管制块中寄存了寄存器的值、优先级、线程状态等信息。
在操作系统层面，线程也有“生老病死”，业余的说法叫有生命周期。尽管不同的开发语言对于操作系统线程进行了不同的封装，然而对于线程的生命周期这部分，基本上是相通的。每一个线程根本都有如下特色：
- 相似过程，线程也有执行状态(生命周期), 因为线程也是一个执行过程
- 线程的上下文，线程切换时也须要进行爱护现场
- 执行栈，保留零碎调用时的一些参数和两头后果
- 大量的，线程公有的局部变量的存储空间，不再领有大量的存储空间
- 与过程内其余线程共享的内存和资源的拜访
- 线程管制块 TCB，寄存上下文切换的信息，同 PCB
能够看出，对于有生命周期的事物，要学好和把握它，思路非常简单，只有能搞懂生命周期中各个节点的状态转换机制即可。
线程分类
线程分为用户级线程 (User-Level Thread，ULT) 和内核级线程(Kernel-Level Thread，KLT)，内核级线程又叫做轻量级过程(Light-Weight Process，LWP)。
用户级线程(User-Level Thread，ULT)
在纯 ULT 软件中，治理线程的所有工作都是应用程序实现，内核意识不到线程的存在，线程齐全是由线程库提供的，创立、销毁、调度线程、线程间传递音讯等，还包含保留上下文都是由它管控的，如果能够的话咱们本人也能够实现本人的线程库，只有正当的组织线程即可。
然而用户级线程所有的流动都产生在用户空间和一个过程中，零碎感知不到用户级线程的存在，所以零碎仍旧是以过程的形式调度。
当线程 1 产生零碎调用等阻塞了，此时零碎就会认为该过程阻塞了，操作系统会把 CPU 工夫片调配给其余过程，在此期间，依据线程库保护的数据结构来看，线程 1 任然处于运行状态，但在处理器执行的角度，线程 2 是不处于运行状态的，也分不到工夫片。
这也导致了用户级线程一旦阻塞，就会阻塞过程中的所有线程，使得其余线程也得不到运行。应用用户级线程 (ULT) 如下特点:
长处：
- 所有线程的治理都在一个过程的用户空间中，线程的切换不须要内核模式特权，不须要零碎调用，从而节俭了用户态到内核态转换的开销
- 线程的调度更灵便，能够为每个不同的应用程序量身定制更适合的调度算法，因为这些调度算法都能够本人实现，不须要更改操作系统底层的调度程序
- ULT 能够在任何操作系统下运行，即使是不反对线程的操作系统也能实现，线程库是供所有应用程序共享的一组利用级函数
毛病：
- 在执行一个零碎调用时不仅仅是阻塞以后线程，还会阻塞过程中的所有线程
ULT 不能利用多解决技术，操作系统看不到线程，所以内核一次只能把一个过程调配给一个处理器，因而一个过程中的所有线程不可能并行执行，只可能并发执行，相当于一个过程内实现了多道程序设计
解决这两个问题的办法有：
- 把应用程序写出多过程程序，然而该办法打消了线程的次要长处
- 套管技术：把产生阻塞的零碎调用转化为一个非阻塞的零碎调用
综上所述，用户级线程 (User-Level Thread，ULT) 适宜计算密集型的，因为不须要 IO 操作，不会阻塞整个过程。
内核级线程(Kernel-Level Thread，KLT)
在 KLT 软件中，治理线程的所有工作均由内核实现，利用级没有线程治理代码，只有一个到内核线程的 API。
内核为过程级过程内的所有线程保护上下文信息，调度由内核基于线程实现。
该办法克服了 ULT 的两个毛病。首先，内核能够把一个过程中的线程调配个多个处理器中；其次，过程中的某个线程阻塞了，内核还能够调度同一个过程中的其余线程。
毛病是：在把控制权从一个线程传送到另一个过程的线程时，须要切换到内核模式，开销较大。
综上所述，KLT 并发性更好，适宜 I / O 操作较多的程序。
混合线程（Hybrid-Approach Thread，HAT）
有些操作系统提供了 ULT 和 KLT 的混合体：线程创立齐全在用户空间中实现，线程的调度和同步也在应用程序中进行，一个应用程序中的多个用户级线程会被映射到一些 (小于等于用户级线数) 内核级线程上，过程和线程的比为 N:M，N<=M，ULT 中比值为 1:N，KLT 为 1:1
同一个应用程序中的多个线程可在多个处理器上并行的运行，某个引起阻塞的零碎调用不会阻塞整个过程。
综上所述，内核级线程 (KLT) 和用户级线程 (User-Level Thread，ULT) 比照剖析如下：
线程生命周期
一个线程的生命周期基本上能够这个“五态模型”来形容，次要别离是：初始状态、可运行状态、运行状态、休眠状态和终止状态。其中：
- 初始状态，指的是线程曾经被创立，然而还不容许调配 CPU 执行。这个状态属于编程语言特有的，不过这里所谓的被创立，仅仅是在编程语言层面被创立，而在操作系统层面，真正的线程还没有创立。
- 可运行状态，指的是线程能够调配 CPU 执行。在这种状态下，真正的操作系统线程曾经被胜利创立了，所以能够调配 CPU 执行。
- 运行状态：当有闲暇的 CPU 时，操作系统会将其调配给一个处于可运行状态的线程，被调配到 CPU 的线程的状态就转换成了运行状态。
- 休眠状态：运行状态的线程如果调用一个阻塞的 API（例如以阻塞形式读文件）或者期待某个事件（例如条件变量），那么线程的状态就会转换到休眠状态，同时开释 CPU 使用权，休眠状态的线程永远没有机会取得 CPU 使用权。当期待的事件呈现了，线程就会从休眠状态转换到可运行状态。
- 终止状态：线程执行完或者出现异常就会进入终止状态，终止状态的线程不会切换到其余任何状态，进入终止状态也就意味着线程的生命周期完结。
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