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操作系统 内核线程和用户线程的区别

2013年10月23日 ⁄ 综合 ⁄ 共 3734字 ⁄ 字号 评论关闭

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一、内核线程和用户线程的区别

根据操作系统内核是否对线程可感知,可以把线程分为内核线程和用户线程。
内核线程建立和销毁都是由操作系统负责、通过系统调用完成的,操作系统在调度时,参考各进程内的线程运行情况做出调度决定,如果一个进程中没有就绪态的线程,那么这个进程也不会被调度占用CPU。

和内核线程相对应的是用户线程,用户线程指不需要内核支持而在用户程序中实现的线程,其不依赖于操作系统核心,用户进程利用线程库提供创建、同步、调度和管理线程的函数来控制用户线程。用户线程多见于一些历史悠久的操作系统,例如Unix操作系统,不需要用户态/核心态切换,速度快,操作系统内核不知道多线程的存在,因此一个线程阻塞将使得整个进程(包括它的所有线程)阻塞。由于这里的处理器时间片分配是以进程为基本单位,所以每个线程执行的时间相对减少为了在操作系统中加入线程支持,采用了在用户空间增加运行库来实现线程,这些运行库被称为“线程包”,用户线程是不能被操作系统所感知的。

引入用户线程,具体而言,有以下四个方面的优势:

(1)       可以在不支持线程的操作系统中实现。

(2)       创建和销毁线程、线程切换代价等线程管理的代价比内核线程少得多。

(3)       允许每个进程定制自己的调度算法,线程管理比较灵活。

(4)       线程能够利用的表空间和堆栈空间比内核级线程多。

用户线程的缺点主要有以下两点:

(1)       同一进程中只能同时有一个线程在运行,如果有一个线程使用了系统调用而阻塞,那么整个进程都会被挂起。

(2)       页面失效也会产生类似的问题。

内核线程的优缺点刚好跟用户线程相反。实际上,操作系统可以使用混合的方式来实现线程。

 

二、线程和进程的区别

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进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。例如,用户运行自己的程序,系统就创建一个进程,并为它分配资源,包括各种表格、内存空间、磁盘空间、I/O设备等,然后,该进程被放入到进程的就绪队列,进程调度程序选中它,为它分配CPU及其它相关资源,该进程就被运行起来。

线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器、一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

在没有实现线程的操作系统中,进程既是资源分配的基本单位,又是调度的基本单位,它是系统中并发执行的单元。而在实现了线程的操作系统中,进程是资源分配的基本单位,但线程是调度的基本单位,线程是系统中并发执行的单元。

具体而言,引入线程,主要有以下4个方面的优点:

(1)       易于调度。

(2)       提高并发性。通过线程可以方便有效地实现并发。

(3)       开销小。创建线程比创建进程要快,所需要的开销也更少。

(4)       有利于发挥多处理器的功能。通过创建多线程,每个线程都在一个处理器上运行,从而实现应用程序的并行,使每个处理器都得到充分运行。

需要注意的是,尽管线程与进程二者很相似,但也存在着很大的不同,区别如下:

(1)       一个线程必定属于也只能属于一个进程;而一个进程可以拥有多个线程并且至少拥有一个线程。

(2)       属于一个进程的所有线程共享该线程的所有资源,包括打开的文件、创建的Socket等。不同的进程互相独立。

(3)       线程又被称为轻量级进程。进程有进程控制块,线程也有线程控制块。但线程控制块比进程控制块小得多。线程间切换代价小,进程间切换代价大。

(4)       进程是程序的一次执行,线程可以理解为程序中一段程序片段的执行。

(5)       每个进程都有独立的内存空间,而线程共享其所属进程的内存空间。

和内核线程相对应的是用户线程,用户线程指不需要内核支持而在用户程序中实现的线程,其不依赖于操作系统核心,用户进程利用线程库提供创建、同步、调度和管理线程的函数来控制用户线程。用户线程多见于一些历史悠久的操作系统,例如Unix操作系统,不需要用户态/核心态切换,速度快,操作系统内核不知道多线程的存在,因此一个线程阻塞将使得整个进程(包括它的所有线程)阻塞。由于这里的处理器时间片分配是以进程为基本单位,所以每个线程执行的时间相对减少为了在操作系统中加入线程支持,采用了在用户空间增加运行库来实现线程,这些运行库被称为“线程包”,用户线程是不能被操作系统所感知的。

引入用户线程,具体而言,有以下四个方面的优势:

(1)       可以在不支持线程的操作系统中实现。

(2)       创建和销毁线程、线程切换代价等线程管理的代价比内核线程少得多。

(3)       允许每个进程定制自己的调度算法,线程管理比较灵活。

(4)       线程能够利用的表空间和堆栈空间比内核级线程多。

用户线程的缺点主要有以下两点:

(1)       同一进程中只能同时有一个线程在运行,如果有一个线程使用了系统调用而阻塞,那么整个进程都会被挂起。

(2)       页面失效也会产生类似的问题。

内核线程的优缺点刚好跟用户线程相反。实际上,操作系统可以使用混合的方式来实现线程。

 

二、线程和进程的区别

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进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。例如,用户运行自己的程序,系统就创建一个进程,并为它分配资源,包括各种表格、内存空间、磁盘空间、I/O设备等,然后,该进程被放入到进程的就绪队列,进程调度程序选中它,为它分配CPU及其它相关资源,该进程就被运行起来。

线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器、一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

在没有实现线程的操作系统中,进程既是资源分配的基本单位,又是调度的基本单位,它是系统中并发执行的单元。而在实现了线程的操作系统中,进程是资源分配的基本单位,但线程是调度的基本单位,线程是系统中并发执行的单元。

具体而言,引入线程,主要有以下4个方面的优点:

(1)       易于调度。

(2)       提高并发性。通过线程可以方便有效地实现并发。

(3)       开销小。创建线程比创建进程要快,所需要的开销也更少。

(4)       有利于发挥多处理器的功能。通过创建多线程,每个线程都在一个处理器上运行,从而实现应用程序的并行,使每个处理器都得到充分运行。

需要注意的是,尽管线程与进程二者很相似,但也存在着很大的不同,区别如下:

(1)       一个线程必定属于也只能属于一个进程;而一个进程可以拥有多个线程并且至少拥有一个线程。

(2)       属于一个进程的所有线程共享该线程的所有资源,包括打开的文件、创建的Socket等。不同的进程互相独立。

(3)       线程又被称为轻量级进程。进程有进程控制块,线程也有线程控制块。但线程控制块比进程控制块小得多。线程间切换代价小,进程间切换代价大。

(4)       进程是程序的一次执行,线程可以理解为程序中一段程序片段的执行。

(5)       每个进程都有独立的内存空间,而线程共享其所属进程的内存空间。

线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器、一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

在没有实现线程的操作系统中,进程既是资源分配的基本单位,又是调度的基本单位,它是系统中并发执行的单元。而在实现了线程的操作系统中,进程是资源分配的基本单位,但线程是调度的基本单位,线程是系统中并发执行的单元。

具体而言,引入线程,主要有以下4个方面的优点:

(1)       易于调度。

(2)       提高并发性。通过线程可以方便有效地实现并发。

(3)       开销小。创建线程比创建进程要快,所需要的开销也更少。

(4)       有利于发挥多处理器的功能。通过创建多线程,每个线程都在一个处理器上运行,从而实现应用程序的并行,使每个处理器都得到充分运行。

需要注意的是,尽管线程与进程二者很相似,但也存在着很大的不同,区别如下:

(1)       一个线程必定属于也只能属于一个进程;而一个进程可以拥有多个线程并且至少拥有一个线程。

(2)       属于一个进程的所有线程共享该线程的所有资源,包括打开的文件、创建的Socket等。不同的进程互相独立。

(3)       线程又被称为轻量级进程。进程有进程控制块,线程也有线程控制块。但线程控制块比进程控制块小得多。线程间切换代价小,进程间切换代价大。

(4)       进程是程序的一次执行,线程可以理解为程序中一段程序片段的执行。

(5)       每个进程都有独立的内存空间,而线程共享其所属进程的内存空间。

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