线程

线程是什么？

线程是抽象概念，因为Linux中内部没有专门为线程定义的数据结构和调度算法，Linux去实现“线程”的方式是“轻量级线程”，其本质还是进程。
定义：线程是操作系统能够调度和执行的基本单位，线程的本质是一个进程内部的一个控制序列，它是进程里面的东西，一个进程可以拥有一个进程或者多个进程。
同一个进程内多个线程之间可以共享代码段、数据段、打开的文件等资源，但每个线程各自都有一套独立的寄存器和栈，这样可以确保线程的控制流是相对独立的。

线程切换

线程的切换只有指令的切换，同处于一个进程里面，不存在映射表的切换。
而进程的切换就是在线程切换的基础上+映射表的切换。

线程的实现

主要有三种线程的实现方式：

• 用户线程（User Thread）：在用户空间实现的线程，不是由内核管理的线程，是由用户态的线程库来完成线程的管理；
• 内核线程（Kernel Thread）：在内核中实现的线程，是由内核管理的线程；
• 轻量级进程（LightWeight Process）：在内核中来支持用户线程；

用户线程

用户线程的整个线程管理和调度，操作系统是不直接参与的，而是由用户级线程库函数来完成线程的管理，包括线程的创建、终止、同步和调度等。

用户线程的优点：

• 每个进程都需要有它私有的线程控制块（TCB）列表，用来跟踪记录它各个线程状态信息（PC、栈指针、寄存器）
• 用户线程的切换也是由线程库函数来完成的，无需涉及内核态的切换，所以速度特别快；

用户线程的缺点：

• 由于操作系统不参与线程的调度，如果一个线程发起了系统调用而阻塞（IO调用之类的），那进程所包含的用户线程都不能执行了。
• 当一个线程开始运行后，除非它主动地交出 CPU 的使用权，否则它所在的进程当中的其他线程无法运行，打断一个线程执行只能由操作系统来做。

内核线程

内核线程是由操作系统管理的，线程对应的 TCB 自然是放在操作系统里的，这样线程的创建、终止和管理都是由操作系统负责。

内核线程的优点：

• 在一个进程当中，如果某个内核线程被阻塞，并不会影响其他内核线程的运行；
• 分配给线程，多线程的进程获得更多的 CPU 运行时间；
• 内核线程是多核处理机分配的单位

内核线程的缺点：

• 在支持内核线程的操作系统中，由内核来维护进程和线程的上下文信息，如 PCB 和 TCB；
• 线程的创建、终止和切换都是通过系统调用的方式来进行，因此对于系统来说，系统开销比较大；

轻量级线程

轻量级进程（Light-weight process，LWP）是内核支持的用户线程，一个进程可有一个或多个 LWP，每个 LWP 是跟内核线程一对一映射的

多线程模型

在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中，由几个用户级线程映射到几个内核级线程的问题引出了“多线程模型”问题。（具有一对一、多对一、多对多）

一对一

• UT=用户线程；LWP=轻量级进程；KLT=内核线程

优点：每个线程都是独立的调度单元，直接利用操作系统内核提供的调度功能。
缺点：用户线程的阻塞唤醒，会直接映射到内核线程上，容易引起频繁切换，降低性能。

多对一

优点：提升并发量上限，大部分调度和同步操作都在用户空间内完成，减少状态切换，能够提升性能。
缺点：当一个用户线程进行了内核调用并阻塞了，那么其他线程在这段时间里都无法进行内核调用。

多对多

• 集二者之长