操作系统 | 关于进程、线程、用户线程、内核线程

操作系统 | 关于进程、线程、用户线程、内核线程

一、进程和线程

进程：操作系统分配资源的最小单位

线程：CPU调度的最小单位

• 每个线程共享进程的代码段
• 每个线程共享进程的数据段
• 每个线程共享进程的堆
• 每个线程都有自己的栈和一些私有的数据，所以相互之间可以不受影响

以上的意思就是进程是线程的”容器“，而线程是可以被CPU调度的最小单元。

执行流：逻辑上独立的指令区域，简单点就是能上CPU执行的，它具有：

• 内存资源
• 一套寄存器映像
• 独立体现在每个执行流都有自己的栈

线程就是一套机制，为一般的代码块创造上下文环境，从而让代码块独立，使这块代码块能被调度器认可，从而能被专门调度到处理器上执行。

比如一个进程上有多个函数，那么对函数A pthread_create，其实就是为函数A创建上下文，让它成为了能在CPU上执行的独立指令区域，即执行流。

线程本质上就是函数。^[1]

代码块（函数） + 上下文 = 执行流（线程），可被OS调度。

进程 = 资源 + 线程

二、用户级线程和内核级线程

根据运行环境和调度者的身份，线程可分为内核线程和用户线程。人为分的，CPU无所谓你内核还是用户。

• 内核线程运行在内核空间，由内核来调度
• 用户线程运行在用户空间，线程库调度

这句话很有意思，比如POSIX线程标准，为了可移植性，其实内核根本不知道有用户线程，pthread_create创造了多个线程后，如何能够并发？由POSIX的调度器来操作，一般某个权威机构发布线程库后，开发人员在用户进程中调用此库中的方法创建、结束线程等。线程库中一定存在着线程调度器。^[1]

那操作系统怎么给这些用户线程分配时间片运行呢？

答案是内核线程。操作系统只能“看到”内核线程，当进程的一个内核线程获得CPU的使用权后，它就加载并运行一个用户线程。可以说内核线程相当于用户线程运行的”容器“。^[2]

三、Linux下调用pthread库创建的线程是用户级线程还是内核级线程的问题？

可以参考这个问题下[大河]的回答。

Linux下调用pthread库创建的线程是属于用户级线程还是内核级线程？

大致意思：

如果你 1：使用2.6的内核的系统平台，2：你的gcc支持NPTL （现在一般都支持），那么你编译出来的多线程程序，就是“内核级”线程了。

线程库为了移植性，只是在用户代码中实现了多线程。

例如在1:N模型中，一个内核线程对应多个用户线程，当操作系统调度至这个内核线程时，需要一个“线程库”(eg. POSIX pthread库) 中间层负责N个用户态线程的调度。

对于Linux而言，采用的是1: 1模型。

四、 参考资料

[1] 《操作系统真象还原》，作者郑钢，P406-P408

[2] 《Linux高性能服务器编程》，作者游双，P269