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线程姓名：慕永利班级：软件11-2班学号：23号日期：2013年11月1日题目：摘要在操作系统中引入线程，能够减少程序在并发执行时所付出的时空开销，使OS具有更好的并发性。线程是进程的一个实体，是独立调度和分配的基本单位。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看作多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分。总而言之，线程是进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体。关键字：OS（操作系统），ＴＣＢ（线程控制块），进程，线程目录1引言..............................................................................................................................................41.1线程问题的引入...........................................................................................................41.2线程和进程的比较............................................................................................................4２线程理论基础...............................................................................................................................5２.１线程属性..........................................................................................................................5２.２线程的状态......................................................................................................................5２.３线程的创建和终止..........................................................................................................6２.４线程之间的同步和通信..................................................................................................6２.５线程的实现方式..............................................................................................................6３线程新技术（超线程技术）.......................................................................................................6参考文献...........................................................................................................................................71引言1.1线程问题的引入在早期OS中一直以进程作为能拥有资源和独立运行的基本单位，现在可以有比进程更小的独立运行的基本单位线程。可以用它来提高系统内程序并发执行的程度，从而进一步提高系统的吞吐量。由于近年来多处理及系统得到迅猛发张，线程能比进程更好的提高程序的并发执行程度，充分地发挥多处理机的优越性，所以在多处理机OS中引入线程能够改善OS的性能。1.2线程和进程的比较线程具有许多传统进程所具有的特性，所以又称为轻型进程或进程元，相应的把传统进程称为重型进程，传统进程相当于只有一个线程任务。在引入了线程的OS中通常一个进程都拥有若干个线程，至少也有一个线程。下面我们从调度性、并发性、系统开销和拥有资源等方面对线程和进程进行比较：（１）调度在传统的操作系统中，作为拥有资源的基本单位和独立调度、分派的基本单位都是进程。而在引入线程的操作系统中，则把线程作为调度和分派的基本单位，而进程作为资源拥有的基本单位。把传统进程的俩个属性分开，使线程基本上不拥有资源，这样线程就能轻装前行，从而显著的提高系统的并发程度。在同一进程中，线程的切换不会引起进程的切换，但从一个进程中的线程切换到另一个进程中的线程时，将会引起进程的切换。（２）并发性在引入线程的OS中，不仅进程之间可以并发执行，而且一个进程的多个线程之间也可以并发执行，使得OS具有更好的并发性，从而能更加有效的提高系统资源的利用率和系统的吞吐量。（３）拥有资源不论是传统的OS，还是引入了线程的OS，进程都可以拥有资源，是系统中拥有资源的一个基本单位。（４）系统开销在创建或撤销进程时，系统都为之创建和回收进程控制块，分配和回收资源，如内存空间和ＩＯ设备等，操作系统所付出的开销明显大于线程创建和撤销时的开销。就切换而言，进程切换的开销高于线程。此外，由于一个进程中的多个线程具有相同的地址空间，在同步和通信的实现方面线程比进程容易。在一些OS中，线程的切换、同步、通信都无需操作系内核的干预。２线程理论基础２.１线程属性在多线程OS中，通常是在一个进程中包含多个线程，每个线程都是作为利用ＣＰＵ的基本单位，是花费最小开销的实体。线程具有下属特性：（１）轻型实体。线程中的实体基本上不拥有系统资源，只是有一点是必不可少的、能保证其独立运行的资源，比如在每个线程中都应该具有一个控制线程运行的线程控制块ＴＣＢ，用于指示被执行指令序列的程序计数器，保留局部变量、少数状态参数和返回地址等的一组寄存器的堆栈。（２）独立调度和分派的基本单位。在多线程OS中，线程是独立运行的基本单位，因而也是调度和分派的基本单位。由于线程很轻，故线程的切换非常迅速且开销小。（３）可并发执行。在一个进程中的多个线程之间可以并发执行。甚至允许在一个进程中的多个线程都能并发执行；同样，不同进程中的线程也能并发执行。（４）共享进程资源。在一个进程中的各个线程都可以共享该进程所拥有的资源，这首先表现在所有的线程都具有相同的地址空间。。这意味着线程可以访问该地址空间中的每个虚地址；此外，还可以访问进程所拥有的已打开文件、定时器、信号量机构等。２.２线程的状态（１）状态参数：○1寄存器状态，它包括程序计数器ＰＣ和堆栈指针中的内容。○2堆栈，在堆栈中通常保存有局部变量和返回地址。○3线程运行状态，用于描述线程正处于何种运行状态。○4优先级，描述线程执行的优先程度。○5线程专用寄存器，用于保存线程自己的局部变量拷贝。○6信号屏蔽，及对某些信号加以屏蔽。（２）线程运行状态○1执行状态，表示线程正获得处理机运行。○2就绪状态，指线程已具备了各种执行条件，获得ＣＰＵ就可执行的状态。○3阻塞状态，指线程在执行中因某件事而受阻，处于暂停执行时的状态。２.３线程的创建和终止在多线程的OS环境下，应用程序在启动时，通常仅有一个线程在执行，该线程被人们称为“初始化线程”。它根据需要再去创建若干个线程。在创建新线程时需要利用一个线程创建函数，并提供相应参数，如指向线程主程序的入口指针、堆栈的大小，以及用于调度的优先级等。在线程创建完后，将返回一个线程标识符供以后使用。如同进程一样，线程也具有生命期。终止线程的方式有俩种：○1在线程完成了自己的工作后自愿退出。○2线程在运行中出现错误或由于某种原因而被其它线程强行终止。２.４线程之间的同步和通信为使系统中的多线程能有条不紊的运行，在系统中必须提供用于实现线程间同步和通信的机制。为了支持不同频率的交互操作和不同程度的并发性，在多线程OS中通常提供多种同步机制，如互斥锁、条件变量、计数信号量以及多读、单写锁等。２.５线程的实现方式在不同的系统中线程实现的方式并不完全相同。以下列举几种：○1内核支持线程○2用户级线程○3组合方式３线程新技术（超线程技术）超线程技术的原理很简单，以前的单核心处理器，在同一时间内只可以处理一项工作(线程，Thread)，如果要处理一项以上的工作时，以前的单核心处理器是不可行的，所以英特尔就开发了超线程技术，以一个单核心的处理器，去模拟出双核心的环境，但这并非能够把处理器的效能提升双倍，原因在于实体的核心始终只有一个，而效能有约百分之至二十至三十增长。在奔腾四时代INTEL就已经引入了人超线程技术，而特意的加长的流水线反而成了HT技术的累赘。所以推出奔腾D及后来的酷睿2系列时，英特尔并没有加进超线程技术，因为奔腾D及酷睿2处理器已支援双核心处理器的运作，而且INTEL也在默默的钻研指令预测技术减少流水线。在酷睿2后期英特尔推出了酷睿2四核心处理器，因为有用户反映双核不足以应付手头的工作，再到后来，英特尔酷睿i7出现了，他带着Intel全新的超线程技术，很短的流水线这得益于他的指令分支预测技术，拥有着奔腾四无法企及的效率，它是四核心处理器加进了超线程技术，处理器同时支持处理八个线程的工作，在这种环境下电脑可挂很多应用程序，支持多线程的应用，因此即使N多程序同时运行，电脑也没有运行减慢的感觉，操作起来依然是流畅如行云流水。其实超线程技术拥有最高的功耗效能比，加入超线程技术所增加的晶体管数目及功耗并不多，但却相比增加一颗完整的核心更具性价比，加上酷睿i7微架构拥有高带宽及高容量三级高速缓存的优势，更能将超线程技术的功效发挥到极致。要打开超线程技术，很简单，一般而言，在BIOS内就可以设定超线程技术的启动与否。当设定完成后，进入Windows的“我的电脑”，查看处理器，就能看出八个线程的工作情况。加入超线程技术的英特尔酷睿i7处理器在多任务应用时最能发挥它的潜能，它可以同时处理N个的游戏及多媒体软件，而不会出现慢式死机。参考文献计算机操作系统（第三版），多核多线程技术