向勇 陈渝 李国良 任炬
2025年春季
课程幻灯片列表
提纲
永远存在的用户需求 -- 性能！
2.2 线程管理
线程是进程的一部分，描述指令流执行状态。它是进程中的指令执行流的基本单元，是CPU调度的基本单位。
进程的资源分配角色
线程的处理机调度角色
进程 = 线程 + 共享资源
线程是一个调度实体 Scheduling Entry User-SE v.s. Kernel-SE
2.1 线程的定义
typedef struct { int detachstate; // 线程的分离状态 int schedpolicy; // 线程调度策略 FIFO、RR等 structsched_param schedparam; // 线程的调度参数 优先级 int inheritsched; // 线程的继承性 int scope; // 线程的作用域进程级、系统级 size_t guardsize; // 线程栈末尾的警戒缓冲区大小 int stackaddr_set; // 线程的栈设置 void* stackaddr; // 线程栈的位置，起始地址 size_t stacksize; // 线程栈的大小 } pthread_attr_t;
创建线程：成功返回零，否则返回非零值
#include <pthread.h> int pthread_create( pthread_t * thread, const pthread_attr_t * attr, void * (*start_routine)(void*), void * arg);
等待线程：一直阻塞调用它的线程，直至目标线程执行结束
#include <pthread.h> int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);
调用 pthread_join 的线程会阻塞，直到目标线程终止。
1 void *mythread(void *arg) { 2 printf("%s\n", (char *) arg); 3 return NULL; 4 } 5 int main(int argc, char *argv[]) { 6 pthread_t p1, p2; 7 int rc; 8 printf("main: begin\n"); 9 rc = pthread_create(&p1, NULL, mythread, "A"); assert(rc == 0); 10 rc = pthread_create(&p2, NULL, mythread, "B"); assert(rc == 0); 11 // join waits for the threads to finish 12 rc = pthread_join(p1, NULL); assert(rc == 0); 13 rc = pthread_join(p2, NULL); assert(rc == 0); 14 printf("main: end\n"); 15 return 0; 16 }
一个程序，它创建两个线程，每个线程都做了一些独立的工作，在这例子中，打印“A”或“B”。
❯ ./t0 main: begin A B main: end
4.2 内核态管理且用户态运行的线程 4.3 内核态管理且内核态运行的线程 4.4 混合管理且运行的线程
由一组用户级的线程库函数来完成线程的管理，包括线程的创建、终止、同步和调度等
4.1 用户态管理且用户态运行的线程
4.3 内核态管理且内核态运行的线程 4.4 混合管理且运行的线程
Windows NT 内核支持线程，每个线程都是内核对象
Linux-2.6 + glibc-2.3开始支持POSIX thread标准
rCore/uCore内核的设计
主流：一个用户线程对应一个内核的线程控制块，由内核管理和调度
线程是调度的基本单位，而进程则是资源拥有的基本单位。
fork()
多线程应用程序中，建议谨慎使用 fork()
可采用：限制线程中调用 fork()、使用 pthread_atfork() 在 fork() 前后统一加/解锁来防止子进程死锁等方法，来避免这些问题。
4.1 用户态管理且用户态运行的线程 4.2 内核态管理且用户态运行的线程
4.4 混合管理且运行的线程
4.1 用户态管理且用户态运行的线程 4.2 内核态管理且用户态运行的线程 4.3 内核态管理且内核态运行的线程
轻量级进程（Light-Weight Process，LWP）
线程能够利用的表空间和堆栈空间比内核级线程多。
因此，在多线程应用程序中，建议谨慎使用 fork()，尤其是当涉及到共享资源和锁时。可以采用其他技术来实现进程间通信和同步，例如共享内存、消息队列和信号量等。