苏州大学操作系统概念第四章

Chapter4线程4.2内容1.概述2.多线程模型3.线程库4.隐式线程5.若干线程问题1、概述4.4线程线程（轻型进程lightweightprocess,LWP）是CPU使用的一个基本单元，包括线程ID程序计数器寄存器集栈空间TCB（ThreadControlBlock）传统的或重型进程(heavyweightprocess)等价于只有一个线程的任务4.5单个线程和多线程进程4.6Windows2000ProcessandThreadWindows2000进程和线程4.7线程和进程调度线程是调度的基本单位，同一进程中的线程切换不会引起进程切换并发线程可以提高系统的并发性资源进程拥有资源，是资源分配的基本单位，而线程则不拥有资源，但它可以访问创建它的进程所拥有的资源上下文切换线程的上下文切换的代价比进程小4.8提出动机很多现代引用程序有多线程的要求线程位于进程内一个进程内的多个任务能利用多个线程执行更新网页显示接受数据拼写检查执行相似任务服务器发送网页进程创建：重量级线程创建：轻量级简化代码增加效率4.9多线程服务器4.10响应度高资源共享经济性MP体系结构的运用线程优点4.11并发（Concurrency）和并行（Parallelism）单核系统并发:多核系统并行:2、多线程模型4.13用户线程由用户级线程库进行管理的线程内核看不到用户线程，线程的创建和调度在用户空间，不需要内核的干预例子-POSIXPthreads-Win32threads-Javathreads4.14内核线程内核支持，操作系统管理的线程例子WindowsXP/2000SolarisLinuxTru64UNIXMacOSX4.15多线程模型多对一模型一对一模型多对多模型4.16多对一多个用户级线程映射到一个内核线程多个线程不能并行运行在多个处理器上线程管理在用户态执行，因此是高效的，但一个线程的阻塞系统调用会导致整个进程的阻塞用于不支持内核线程的系统中例子:SolarisGreenThreadsGNUPortableThreads4.17一对一每个用户级线程映射到一个内核线程比多对一模型有更好的并发性允许多个线程并行运行在多个处理器上创建一个ULT需要创建一个KLT，效率较差例子Windows95/98/NT/XP/2000LinuxSolaris9andlaterOS/24.18多对多多个用户级线程映射为相等或小于数目的内核线程允许操作系统创建足够多的内核线程例子Solaris9以前的版本带有ThreadFiber开发包的WindowsNT/20004.19两级模型类似于M:M,只不过它允许一个用户线程绑定到内核线程例子IRIXHP-UXTru64UNIXSolaris8andearlier3、线程库4.21线程库为程序员提供了创建和管理线程的API类型用户级线程库内核级线程库主要线程库：Windows线程库：内核级Pthread线程库：用户级或内核级JAVA线程库：用户级4.22Windows线程1对1映射每个线程包括：线程id寄存器集合堆栈私有数据线程主要的数据结构:ETHREAD(executivethreadblock)：执行线程块KTHREAD(kernelthreadblock)：核心线程块TEB(threadenvironmentblock)：线程环境块4.23Windows线程结构4.24线程创建HANDLECreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,SIZE_TdwStackSize,LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,LPVOIDlpParameter,DWORDdwCreationFlags,LPDWORDlpThreadId);lpStartAddress是指向线程函数的指标。函数名称没有限制，但是必须以下列形式声明：DWORDWINAPIThreadProc(PVOIDpParam);lpParameter为传递给ThreadProc的参数。这样主线程和从属线程就可以共享数据。4.25_beginthreadhThread=_beginthread(ThreadProc,uiStackSize,pParam);语法为：void__cdeclThreadProc(void*pParam);4.26编译环境4.27线程管理设置线程的优先级线程优先级=进程优先级+线程相对优先级BoolSetThreadPriority(HANDLEhPriority,intnPriority)每个线程都有挂起计数器(suspendcount),为0时线程被执行；大于0时调度器不去调度该线程DWORDSuspendThread(HANDLEhThread)；DWORDResumeThread(HANDLEhThread)；4.28线程管理线程等待DWORDWaitForSingleObject(HANDLEhObject,//等待的核心对象DWORDdwTimeout);//线程愿意等待的毫秒数（值为INFINITE时表示无限等待）DWORDWaitForMultipleObject(DWORDcObject,//检查核心对象的数目LPHANDLElpHandles,//指向这些对象的句柄的数组BOOLbWaitAll,//是否等待所有对象变成有信号DWORDdwTimeout);//线程愿意等待的时间（毫秒数）线程内终止线程VOIDExitThread(DWORDdwExitCode);线程外终止线程BOOLTerminateThread(HANDLEhThread,DWORDdwExitCode);4.29例子#includestdafx.h#includewindows.h#includeiostreamusingnamespacestd;DWORDWINAPIFunOne(LPVOIDparam){while(true){Sleep(1000);couthello!;}return0;}DWORDWINAPIFunTwo(LPVOIDparam){while(true){Sleep(1000);coutworld!;}return0;}4.30例子intmain(intargc,char*argv[]){intinput=0;HANDLEhand1=CreateThread(NULL,0,FunOne,(void*)&input,CREATE_SUSPENDED,NULL);HANDLEhand2=CreateThread(NULL,0,FunTwo,(void*)&input,CREATE_SUSPENDED,NULL);while(true){cininput;if(input==1){ResumeThread(hand1);ResumeThread(hand2);}else{SuspendThread(hand1);SuspendThread(hand2);}};TerminateThread(hand1,1);TerminateThread(hand2,1);return0;}4.31Linux线程Linux用“任务”这个术语，一般不用“线程”线程可以通过clone()系统调用创建clone()–类fork()4.32PthreadsAPOSIX标注(IEEE1003.1c)，用于线程创建和同步提供了线程有关的API接口常用于UNIX类操作系统(Solaris,Linux,MacOSX)4.33POSIX线程库Pthreads使用fork()创建进程代价昂贵进程间通信方式较复杂操作系统在实现进程间的切换比线程切换更费时使用pthreads库创建线程创建进程比创建线程更快线程间的通信方式更容操作系统对线程的切换比对进程的切换更容易和快速4.34线程的创建#includepthread.hintpthread_create(pthread_t*thread,pthread_attr_t*attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg);第一个参数为指向线程标识符的指针第二个参数用来设置线程属性第三个参数是线程运行函数的起始地址最后一个参数是运行函数的参数4.35一个简单例子#includestdio.h#includepthread.h#includestring.h#includesys/types.h#includeunistd.hpthread_tntid;void*thr_fn(void*arg){printids(newthread:);return((void*)0);}intmain(){interr;err=pthread_create(&ntid,NULL,thr_fn,NULL);if(err!=0){printf(can'tcreatethread:%s\n,strerror(err));return1;}sleep(1);return0;}gcc-omypthread-lpthreadmypthread.c4.36线程结束调用pthread_exit()结束线程执行voidpthread_exit(void*retval);使用pthread_cancel()函数终止其他线程的执行intpthread_cancel(pthread_tthread);向线程t发送取消请求，默认情况下线程thread自己调用pthread_exit(PTHREAD_CANCELED)，4.37线程等待pthread_join()函数等待被创建的线程结束pthread_join()函数会挂起创建线程的线程的执行，直到等待到想要等待的子线程函数原型：intpthread_join(pthread_tth,void**thread_return);4.38例子#includestdio.h#includestdlib.h#includeunistd.h#includepthread.h#defineTHREAD_NUMBER2intretval_hello1=2,retval_hello2=3;void*hello1(void*arg){char*hello_str=(char*)arg;sleep(1);printf(%s\n,hello_str);pthread_exit(&retval_hello1);}void*hello2(void*arg){char*hello_str=(char*)arg;sleep(2);printf(%s\n,hello_str);pthread_exit(&retval_hello2);}4.39intmain(intargc,char*argv[]){inti;intret_val,ret_val2;int*retval_hello[2];pthread_tpt[THREAD_NUMBER];constchar*arg[THREAD_NUMBER];arg[0]=helloworldfromthread1;arg[1]=helloworldfromthread2;printf(Begintocreatethreads...\n);ret_val1=pthread_create(&pt[0],NULL,hello1,(void*)arg[0]);ret_val2=pthread_create(&pt[1],NULL,hello2,(void*)arg[1]);例子4.40printf(Begintowaitforthreads...\n)