线程

1. 线程的引入

• 多个进程协作完成任务，需要进程间通信，本质是系统调用，需要较多的时间和CPU资源开销；并且进程切换需要同时切换资源、内存、寄存器
• 进程 = 资源 + 指令执行序列
  • 采用线程保留了并发的优点，避免了进程切换代价
  • 实质就是内存映射表与资源不变，而PC指针和基本寄存器改变
• 线程：进程中代码执行的一个序列
  • 是使用CPU的基本单元，由线程ID、程序计数器PC、寄存器组和栈构成
  • 一个进程中至少存在一个线程
  • 从一个程序的逻辑功能角度，可以将进程划分成n个执行序列；这些序列可以独立，也可以有一定的关联关系
  • 在一个进程的生命周期中，可以创建n个线程

2. 多线程模型

• 分类
  • 用户级线程（ULT）
    • 受内核支持，但不需内核管理
  • 内核级线程（KLT）
    • 由操作系统直接支持和管理

多对一模型

用户级线程模型

• 管理是由线程库在用户空间进行的，内核并无感知
  • 线程间占用CPU等协调工作由用户程序自行解决
• 任何时刻只有一个线程能访问内核（if necessary）
• 同一进程的线程不能运行在不同的CPU上
• 若一个线程执行了阻塞系统调用，则整个进程会被阻塞

• 线程表位于用户空间

一对一模型

内核级线程模型

• 用户创建的就是内核级线程（通过系统调用）
• 一个线程执行阻塞系统调用时，允许CPU切换给其他线程
  • 所以，具有更好的并发能力
• 一个进程的不同线程可运行在不同的CPU上，实现多CPU的并行处理；但是创建内核线程的数量会影响系统性能，OS会限制线程总量

• 线程表位于内核空间

多对多模型

混合线程模型

• 用户线程与内核线程间增加映射管理（轻量级进程）

3. 模型比较

	用户级线程	内核级线程	用户+内核级
利用多核	差	好	好
并发度	低	高	高
切换代价	小	大	中
OS代码	无	大	大
用户灵活性	大	小	大
CPU资源分配	少	多	中

4. 线程库

• 为程序员提供的用来创建和管理线程的API
• 两种实现方法
  • 用户线程库
    • 在用户空间中提供一个没有内核支持的线程库，其所有代码和数据结构都存在于用户空间中
    • 调用库中的一个函数只是导致了用户空间中的一个本地函数调用，而不是系统调用
    • 编程语言提供的库函数
  • 内核线程库
    • 由操作系统直接提供的线程库，其所有代码和数据结构存在于内核空间中
    • 调用库中的一个API函数通常会导致对内核的系统调用
    • 操作系统提供的API
    • 编程语言的线程库通常时对内核线程库进行更高级别的封装
• 分类
  • (1) POSIX Pthread (2) 操作系统（如Win32） (3)高级语言（如Java）
  • POSIX Pthread线程库
    • 只是一种规范，不是具体实现
    • Pthread是POSIX标准的扩展，可以实现为用户级或内核级的线程库
  • Win32线程库
    • Win32线程库是应用于Windows OS的内核级线程库
  • Java线程库
    • Java线程库允许在Java程序中直接创建和管理线程
    • Java线程库跟随JVM运行在宿主OS中
    • Java线程库使用宿主OS支持的线程库实现的

void printThread()
{
	std::cout << "thread id: " << std::this_thread::get_id() << std::endl;
}

int main()
{

	std::thread t1(printThread);
	std::thread t2(printThread);
	std::thread t3(printThread);

	t1.join();
	t2.join();
	t3.join();

	std::cin.get();
	return 0;
}