第五章 Threads线程
名词解释-线程
名词解释-线程
线程（Thread）是指在程序执行过程中，纯粹由程序控制而独立运行的一段指令流，是程序执行的最小单元。
一个程序可以包含多个线程，每个线程都可以独立执行不同的任务。
线程有以下几个特点：
1. 线程是程序执行的最小单位，与进程相比，线程的创建、销毁和切换开销相对较小。
2. 线程之间可以共享进程的资源，如内存空间、文件等，因此线程之间的通信和数据交换较为方便。
3. 多线程可以提高程序的并发性和并行性，使得程序在多核处理器上能够更好地利用计算资源，提高程序的执行效率。
4. 线程之间的执行是无序的，由操作系统的调度器来决定线程的执行顺序和时间片分配。
线程可以分为用户线程和内核线程：
1. 用户线程是由用户空间的线程库实现的，操作系统对其无感知，线程的创建和切换由用户程序自己控制。
由于操作系统不知道用户线程的存在，当用户线程发生阻塞时，整个进程都会被阻塞。
2. 内核线程是由操作系统内核来管理和调度的，线程的创建和切换由操作系统来控制。
内核线程的运行状态由操作系统维护，当其中一个线程发生阻塞时，操作系统可以将其他线程切换出来继续执行。
线程是多任务处理中的重要概念，广泛应用于操作系统、并发编程、服务器等领域。
通过合理地使用线程，可以提高程序的性能和响应速度。
但同时，多线程编程也会带来线程同步和资源竞争的问题，需要仔细设计和处理。
threads 原理
threads 原理Threads是操作系统中的一个重要概念，它是进程中的执行单元，每个进程可以拥有多个线程。
在本文中，我们将深入探讨threads 的原理及其在操作系统中的应用。
让我们来了解一下threads的基本概念。
线程是进程的一部分，它与进程共享内存空间和其他资源，但拥有独立的执行流。
每个线程都有自己的程序计数器、栈和寄存器等上下文信息。
与进程相比，线程的创建、切换和销毁的开销更小，因此可以更高效地利用计算资源。
线程之间的切换是由操作系统内核负责调度的。
操作系统通过分时复用技术，将处理器的时间片分配给不同的线程，从而实现多个线程的并发执行。
在多核处理器系统中，多个线程可以同时运行在不同的处理器上，从而进一步提高系统的并发性能。
线程的原理主要体现在以下几个方面：1. 线程的创建和销毁：线程的创建是通过调用操作系统的相关系统调用来完成的。
在创建线程时，操作系统会为线程分配独立的栈空间，并初始化线程的上下文信息。
线程的销毁是通过调用操作系统的系统调用来实现的，操作系统会回收线程的资源，并将执行权交给其他线程。
2. 线程的调度：线程的调度是操作系统的核心功能之一。
操作系统根据线程的优先级、调度策略和系统负载等因素来确定线程的执行顺序。
在多线程程序中，线程的执行顺序是不确定的，操作系统会根据实际情况进行动态调整。
3. 线程的同步与通信：线程之间的同步和通信是多线程编程中的重要问题。
线程之间可以通过共享内存来进行数据的交换和共享。
为了保证数据的一致性，需要使用同步机制来控制对共享资源的访问。
常用的同步机制包括互斥锁、条件变量、信号量等。
4. 线程的并发与并行：线程的并发指的是多个线程在同一时间段内执行，通过时间片轮转等调度算法实现。
线程的并行指的是多个线程在多个处理器上同时执行，通过多核处理器等硬件设备实现。
并发和并行是提高系统性能和吞吐量的重要手段。
在操作系统中，线程的应用非常广泛。
首先，线程可以用于改善程序的响应速度。
线程的名词解释
线程的名词解释线程（Thread）是计算机程序执行的最小单位，是操作系统能够进行运算调度的基本单位。
线程可被操作系统独立调度和执行，并享有独立的执行环境。
在计算机多任务操作系统中，多个线程可以同时运行，互不干扰。
一、线程的背景和概念1. 计算机发展史随着计算机技术的不断发展，计算机程序越来越复杂，执行时间越来越长。
传统单线程方式的程序执行效率逐渐无法满足用户需求。
因此，多线程技术应运而生，通过将任务划分为多个子任务，使得多个线程可以并发执行，有效提高程序的执行效率和用户体验。
2. 线程的含义线程可以看作是一个独立的执行路径，每个线程都有自己的程序计数器、栈和寄存器等执行环境。
线程之间共享进程的资源，如内存空间、文件描述符等。
线程的创建、销毁和切换都由操作系统负责调度。
3. 线程的优势线程的主要优势在于提高计算机程序的并发性和响应性，从而使程序可以同时执行多个任务或响应用户的操作。
同时，线程可以将计算密集型任务划分为多个子任务并行执行，提高程序的运算速度和效率。
二、线程的分类和特性1. 用户线程和内核线程用户线程是由用户空间的库函数实现的，不需要操作系统内核的支持，因此创建和切换线程的开销较小。
而内核线程是由操作系统内核实现的，可以利用操作系统的调度器来调度和切换线程，更灵活和稳定。
用户线程一般会映射到内核线程上，二者配合使用，共同完成多线程的工作。
2. 一对一和多对一模型一对一模型指的是每个用户线程与一个内核线程之间的一对一关系，用户线程的创建和切换只涉及到对应的内核线程。
多对一模型则是多个用户线程共享一个内核线程，用户线程的创建和切换操作都由同一个内核线程处理。
一对一模型提供了更好的并行性和可靠性，但消耗了更多的系统资源。
三、线程的创建和调度1. 线程的创建线程的创建利用操作系统提供的相关函数或库来完成，在程序中可以通过调用这些函数来创建新的线程。
创建线程时，需要指定线程的入口函数和参数，并分配相应的执行环境。
threads原理
threads原理线程（Thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。
在计算机中，每个程序至少有一个线程，而且是默认的主线程。
线程是进程中的实际运算单位，线程的执行包括线程的创建、运行和结束等过程。
线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。
线程的原理是基于操作系统的多任务处理机制。
在单核处理器中，线程是通过操作系统的时间切片功能来实现多个线程之间的切换。
在多核处理器中，线程可以直接在多个CPU核心上运行，实现真正的并行处理。
线程的创建是通过在程序中调用创建线程的函数来实现的。
在许多编程语言中，都有创建线程的相关函数或类，例如Java中的Thread类，C++中的std::thread类等。
通过调用这些函数或类的构造函数，程序可以创建新的线程。
创建线程的函数通常需要传入一个函数或方法作为线程的入口点，线程在运行时将执行这个入口点函数。
线程的运行是由操作系统负责调度的。
操作系统将线程的运行状态切换为就绪状态，当线程的调度时间到达时，操作系统将选择一个线程来运行。
线程的运行可以通过操作系统提供的API来进行控制，例如暂停线程、恢复线程、终止线程等。
线程的切换是由操作系统完成的，切换的时间和方式取决于操作系统的调度算法。
线程的结束是通过线程的执行函数返回或线程被主动终止来实现的。
当线程的执行函数返回时，线程的运行结束，并可以获取返回值。
线程可以通过调用特定的API来终止自身或其他线程。
线程的结束通常需要进行资源的释放和清理工作，以避免资源泄漏和内存泄漏等问题。
线程的原理可以进一步分为用户级线程和内核级线程。
用户级线程是由用户程序实现和调度的线程，在操作系统看来，只存在一个线程。
内核级线程是由操作系统实现和调度的线程，操作系统可以对每个线程进行单独的调度和管理。
用户级线程的优点是轻量级，速度快，不依赖于操作系统的支持；而内核级线程的优点是可以利用多核处理器的并行运算能力，具有更好的性能和扩展性。
总而言之，线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位，线程的创建、运行和结束由操作系统负责调度，线程的原理基于操作系统的多任务处理机制。
chapter 5 Threads(线程)
2015-Linux System Programming
Primary Benefits to Multithread
Blocking I/O
Without threads, blocking I/O halts the entire process. This can be detrimental to both throughput and latency. In a multithreaded process, individual threads may block, waiting on I/O, while other threads continue to make forward progress.
Memory savings
Threads provide an efficient way to share memory yet utilize multiple units of execution. In this manner they are an alternative to multiple processes.
Context switching
The cost of switching from one thread to a different thread within the same process is significantly cheaper than process-to-process context switching.
Improving responsiveness
In a single-threaded process, a long-running operation can prevent an application from responding to user input, making it appear as if the application has froze. With multithreading, such operations may be delegated to worker threads, allowing at least one thread to remain responsive to user input and perform UI operations.
Thread类（线程）
Thread类（线程）操作系统通过线程对程序的执⾏进⾏管理，当操作系统运⾏⼀个程序的时候，⾸先，操作系统将为这个准备运⾏的程序分配⼀个进程，以管理这个程序所需要的各种资源。
在这些资源之中，会包含⼀个称为主线程的线程数据结构，⽤来管理这个程序的执⾏状态。
在Windows操作系统下，线程的的数据结构包含以下内容： 1、线程的核⼼对象：主要包含线程当前的寄存器状态，当操作系统调度这个线程开始运⾏的时候，寄存器的状态将被加载到CPU中，重新构建线程的执⾏环境，当线程被调度出来的时候，最后的寄存器状态被重新保存到这⾥，已备下⼀次执⾏的时候使⽤。
2、线程环境块(Thread Environment Block,TED)：是⼀块⽤户模式下的内存，包含线程的异常处理链的头部。
另外，线程的局部存储数据(Thread Local Storage Data)也存在这⾥。
3、⽤户模式的堆栈：⽤户程序的局部变量和参数传递所使⽤的堆栈，默认情况下，Windows将会被分配1M的空间⽤于⽤户模式堆栈。
4、内核模式堆栈：⽤于访问操作系统时使⽤的堆栈。
在抢先式多任务的环境下，在⼀个特定的时间，CPU将⼀个线程调度进CPU中执⾏，这个线程最多将会运⾏⼀个时间⽚的时间长度，当时间⽚到期之后，操作系统将这个线程调度出CPU，将另外⼀个线程调度进CPU，我们通常称这种操作为上下⽂切换。
在每⼀次的上下⽂切换时，Windows将执⾏下⾯的步骤：将当前的CPU寄存器的值保存到当前运⾏的线程数据结构中，即其中的线程核⼼对象中。
选中下⼀个准备运⾏的线程，如果这个线程处于不同的进程中，那么，还必须⾸先切换虚拟地址空间。
加载准备运⾏线程的CPU寄存器状态到CPU中。
公共语⾔运⾏时CLR(Common Language Runtime)是.Net程序运⾏的环境，它负责资源管理，并保证应⽤和底层操作系统之间必要的分离。
在.Net环境下，CLR中的线程需要通过操作系统的线程完成实际的⼯作，⽬前情况下，.Net直接将CLR中的线程映射到操作系统的线程进⾏处理和调度，所以，我们每创建⼀个线程将会消耗1M以上的内存空间。
java中线程的基本概念
java中线程的基本概念Java中的线程是程序执行流的最小单元，它允许程序在同一时间执行多个任务。
线程是轻量级的，它可以与其他线程共享同一进程的资源，包括内存空间和文件句柄等。
在Java中，线程是通过ng.Thread类来实现的。
当一个Java程序启动时，实际上是在主线程中执行的，而我们也可以创建和启动其他线程来执行并发的任务。
线程的基本概念包括以下几个方面：1. 线程的创建，在Java中，可以通过继承Thread类或者实现Runnable接口来创建线程。
继承Thread类需要重写run()方法，而实现Runnable接口需要实现run()方法。
然后可以调用start()方法来启动线程。
2. 线程的状态，线程在生命周期中会经历新建、就绪、运行、阻塞和死亡等状态。
这些状态是由线程调度器来管理的，线程的状态转换由操作系统和Java虚拟机来控制。
3. 线程的调度，Java中的线程调度由操作系统和Java虚拟机来负责，它决定了哪个线程可以运行以及运行的顺序。
线程的优先级可以通过setPriority()方法进行调整，但是具体的调度顺序并不受程序员控制。
4. 线程同步，多个线程访问共享资源时可能会引发数据不一致的问题，因此需要使用同步机制来确保多个线程之间的数据一致性。
Java提供了synchronized关键字、Lock接口和各种同步容器来实现线程同步。
5. 线程通信，多个线程之间需要进行通信和协作，Java提供了wait()、notify()和notifyAll()等方法来实现线程之间的通信。
总之，线程是Java并发编程的重要组成部分，了解线程的基本概念对于编写高效的并发程序至关重要。
通过合理地使用线程，可以充分利用多核处理器的性能，提高程序的并发处理能力。
同时，需要注意线程安全和避免死锁等并发编程中常见的问题。
希望以上信息能够对你有所帮助。
threads注册方法
threads注册方法在计算机科学中，线程是指进程中的一个单一执行路径。
在多线程程序中，每个线程都可以执行不同的任务，使程序能够同时完成多个任务。
在本文中，我们将介绍线程注册的方法。
线程注册是将线程添加到线程管理器中的过程。
线程管理器负责调度和控制线程的执行，并确保线程按照预期的方式工作。
在注册线程之前，我们需要创建一个线程对象。
创建线程对象的方法有多种，但最常用的方法是使用线程类来创建一个线程对象。
通过实例化一个线程类并传入一个函数作为参数，我们可以创建一个新的线程。
线程注册的方法有以下几种：1. 使用Thread类的实例化对象的start(方法：在此方法中，我们可以在一个线程对象上调用start(方法来启动线程。
在调用start(方法之后，线程将开始执行，并且线程的代码将在一个新线程中运行。
例如：```import threadingdef my_thread_func(:print("This is my thread.")#创建线程对象my_thread = threading.Thread(target=my_thread_func)#启动线程my_thread.start```在上面的例子中，我们首先定义了一个函数my_thread_func(，该函数将作为线程的入口点。
然后，我们使用Thread类创建了一个线程对象my_thread，将函数my_thread_func(作为参数传递给了Thread类的构造函数。
最后，我们调用创建的线程对象的start(方法来启动线程。
```import threadingclass MyThread(threading.Thread):def my_thread_func(name):print("This is my thread. My name is", name)#创建线程对象my_thread = MyThread#启动线程my_thread.my_thread_func("Alice")```3. 使用threading模块的Thread类的子类：我们可以继承Thread 类来创建一个线程类，然后通过实例化该类来创建线程对象。
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Applied Operating System Concepts
5.9
One-to-one Model一对一模型
Applied Operating System Concepts
5.10
Many-to-many Model多对多模型
Applied Operating System Concepts
Applied Operating System Concepts
5.16
The Runnable Interface 可运行接口
public interface Runnable { public abstract void run();
}
Applied Operating System Concepts
Producer producerThread = new Producer(mailBox);
Consumer consumerThread = new Consumer(mailBox); producerThread.start();
consumerThread.start();
} public static void main(String args[]) { Server server = new Server();
Applied Operating System Concepts
5.4
Kernel Threads 内核线程
• •
Supported by the Kernel 由内核支持 Examples例子 - Windows 95/98/NT - Solaris - Digital UNIX
Applied Operating System Concepts
• • • •
suspend() – suspends execution of the currently running thread. 挂起 - 暂停当前线程的运行 sleep() – puts the currently running thread to sleep for a specified amount of time. 睡眠- 让当前线程入睡一段指定的时间 resume() – resumes execution of a suspended thread. 重起- 再执行被挂起的线程 stop() – stops execution of a thread. 停止-停止一个线程的执行
Thread thrd = new Thread(runner); thrd.start(); System.out.println(“I am the main thread”); } }
Applied Operating System Concepts
5.19
Java Thread Management Java线程的管理
5.15
Creating the Thread 创建线程
public class First { public static void main(String args[]) {
Worker runner = new Worker1();
runner.start(); System.out.println(“I am the main thread”); } }
Applied Operating System Concepts
5.1
Benefits益处
• • • •
Responsiveness 响应 Resource Sharing
资源共享
Economy 经济性 Utilization of MP Architectures MP体系结构的运用
Applied Operating System Concepts
5.5
Multithreading Models 多线程模型
• • •
Many-to-One 多对一 One-to-One 一对一 Many-to-Many 多对多
Applied Operating System Concepts
5.6
Many-to-One多对一
• •
Many User-Level Threads Mapped to Single Kernel Thread. 多个用户级线程映像进单个内核线程 Used on Systems That Do Not Support Kernel Threads. 用于不支持内核线程的系统中
5.17
Implementing the Runnable Interface 可运行接口的实现
class Worker2 implements Runnable { public void run() {
System.out.println(“I am a Worker Thread”);
} }
5.11
Solaris 2 Threads Solaris 2线程
Applied Operating System Concepts
5.12
Solaris Process Solaris 线程
Applied Operating System Concepts
5.13
பைடு நூலகம்
Java Threads Java线程
5.14
Extending the Thread Class 线程类型的扩展
class Worker1 extends Thread { public void run() {
System.out.println(“I am a Worker Thread”);
} }
Applied Operating System Concepts
5.2
Single and Multithreaded Processes 单个和多线程进程
Applied Operating System Concepts
5.3
User Threads 用户线程
• •
Thread Management Done by User-Level Threads Library 由用户级线程库进行管理的线程 Examples例子 - POSIX Pthreads - Mach C-threads - Solaris threads
Applied Operating System Concepts
5.18
Creating the Thread 创建线程
public class Second { public static void main(String args[]) {
Runnable runner = new Worker2();
Applied Operating System Concepts
5.7
Many-to-one Model多对一模型
Applied Operating System Concepts
5.8
One-to-One一对一
• •
Each User-Level Thread Maps to Kernel Thread. 每个用户级线程映像进内核线程 Examples - Windows 95/98/NT - OS/2
Date message = new Date();
mbox.send(message); } }
private MessageQueue mbox;
}
Applied Operating System Concepts 5.23
Consumer Thread 消费者线程
class Consumer extends Thread { public Consumer(MessageQueue m) { mbox = m; } public void run() { while (true) { Date message = (Date)mbox.receive();
if (message != null)
// consume the message } }
private MessageQueue mbox;
}
Applied Operating System Concepts 5.24
•
Java Threads May be Created by: Java线程可如下创建： – Extending Thread class 扩充线程类 – Implementing the Runnable interface 实现可运行接口
Applied Operating System Concepts
Module 5: Threads线程
• • •
Overview 综述 Benefits
益处
User and Kernel Threads 用户和内核线程
•
• •
Multithreading Models 多线程模型 Solaris 2 Threads Solaris 2线程 Java Threads Java线程
Applied Operating System Concepts
5.20
Java Thread States Java线程状态
Applied Operating System Concepts
5.21
Producer Consumer Problem 生产着消费者问题
public class Server { public Server() { MessageQueue mailBox = new MessageQueue();
}
}
Applied Operating System Concepts 5.22
Producer Thread 生产者线程
class Producer extends Thread { public Producer(MessageQueue m) { mbox = m; } public void run() { while (true) { // produce an item & enter it into the buffer