用户级线程与内核级线程

提示：以下是本篇文章正文内容

一、线程的定义

线程是操作系统能够调度和执行的基本单位，在 Linux 中也被称之为轻量级进程(LWP：light weight process),在 Linux 系统中，一个进程至少需要一个线程作为它的指令执行体，进程管理着资源比如 cpu、内存、文件,将线程分配到某个 cpu 上执行

一个进程可以拥有多个线程，它还可以同时使用多个cpu 来执行各个线程，以达到最大程度的并行，提高工作的效率。

线程的本质是一个进程内部的一个控制序列，它是进程里面的东西，一个进程可以拥有一个进程或者多个进程

每一个进程都包含一个映射表，如果进程切换了，那么程序选择的映射表肯定也不一样；进程的切换其实是包含两个部分的，**第一个指令的切换，第二个映射表的切换。**指令的切换就是从这段程序跳到另外一段程序执行，映射表切换就是执行不同的进程，所选择的映射表不一样。线程的切换只有指令的切换，同处于一个进程里面，不存在映射表的切换。进程的切换就是在线程切换的基础上加上映射表的切换。

进程 = 资源 + 指令执行序列 所以，对应线程来说只是切换pc，内存和表不用切。

在每个大的进程里，有很多小的线程，并行的时候只需要改每个小的线程的PC指针，而不需要切换映射表。

所以，学习好线程是学习好进程的关键。

二、用户级线程

pthread_create函数用来创建一个线程，yield函数保证线程之间可以进行切换。

打开一个浏览器：

一个线程用来从服务器接收数据
一个线程用来处理图片(如解压缩)
一个线程用来显示文本
一个线程用来显示图片

这些线程要共享资源： 接收数据放在100处， 显示时要读… 所有的文本、 图片都显示在一个屏幕上

Yield进行线程间的调度： 下面程序就是用户级线程的应用，通过用户主动进行切换，不用内核帮助。用户级线程是可以独立于操作系统的

yield实现线程的切换 两个执行序列对应两个栈 线程一先执行A,执行到B,跳转到B并将A的下一条指令的压栈，Yield切换到线程二的C，同时将下一条指令压栈。到了线程二在C里面又跳转到D并压栈，D里面又切换线程，压栈，同时将B压入的栈弹出，执行B。B执行完又弹栈，跳到A里面执行…（大概就是这样吧) 注：线程一和线程二压入的栈不是同一个

两个线程的样子： 两个TCB、 两个栈、 切换的PC在栈中 创建一个线程就要为该线程创建相应的栈，并将sp指向栈顶

Yield是用户程序

用户级线程只能在用户态进行切换，进入内核后还是同一个进程，Yiled程序是用户程序，而核心级线程会进入内核进行切换，ThreadCreat是系统调用，内核也知道TCB，Yield程序也不是用户编写，而是内核程序，用户不可见，至于调度点，也是有操作系统决定

三、核心级线程

核心级线程与用户级线程区别：

1.核心级线程需要在用户态和核心态里面跑，在用户态里跑需要一个用户栈，在核心态里面跑需要一个核心栈。用户栈和核心栈合起来称为一套栈，这就是核心级线程与用户级线程一个很重要的区别，从一个栈变成了一套栈。

2.用户级线程用TCB切换栈的时候是在一个栈与另外一个栈之间切换，核心级线程就是在一套栈与另外一套栈之间的切换（核心级线程切换），核心级线程的TCB应该是在内核态里面。

内核级线程一套栈如图: 用户栈+内核栈

用户栈和内核栈之间的关联：

当线程进入内核的时候就应该建立一个属于这个线程的内核栈，通过INT中断进入内核。当线程下一次进入内核的时候，操作系统可以根据一些硬件寄存器来知道这个哪个线程，它对应的内核栈在哪里。**同时会将用户态的栈的位置（SS、SP）和程序执行到哪个地方了（CS、IP）都压入内核栈。**等线程在内核里面执行完（也就是IRET指令）之后就根据进入时存入的SS、SP的值找到用户态中对应栈的位置，根据存入的CS、IP的值找到程序执行到哪个地方。

内核级线程执行过程： 首先该线程调用B函数，将104压栈（用户栈），进入B函数之后调用read()这个系统调用，同时将204压栈（用户栈），进入read()系统调用通过int0x80这个中断号进入内核态，执行到sys_read()

sys_read()函数:

sys_read()
{	
	启动磁盘读;
	将自己变成阻塞;
	找到next;
	switch_to(cur, next);}

switch_to的作用就是切换线程 switch_to仍然是通过TCB找到内核栈指针;然后通过ret切到某个内核程序;最后再用CS:PC切到用户程序

形参cur表示当前线程的TCB，next表示下一个执行线程的TCB。 这个函数首先将目前esp寄存器的值存入cur.TCB.esp，将next.TCB.esp放入esp寄存器里面；其实就是从当前线程的内核栈切换到next线程的内核栈。

内核级线程自己的代码还是在用户态的，只是进入内核态完成系统调用，也就是逛一圈之后还是要回去执行的。因此切换到next线程就是要根据next线程的内核栈找到这个线程阻塞前执行到的位置，并接着执行。所以切换到next线程的内核栈之后应该通过一条包含IRET指令的语句进入到用户态执行这个线程的代码。这样就从cur线程切换到next线程。

内核级线程的切换是在内核里面进行切换的，切换完成后，在根据next内核栈里面的数据，返回到next用户栈

所以，要想从next的内核栈，经过弹栈，返回到next的用户栈，在我们调用ThreadCreate()创建线程的时候，我们就要将线程的内核栈和用户栈创建好并且将相应的数据压栈。、 1、申请内存，作为TCB 2、申请内存，作为内核栈 3、内核栈和用户栈相关联 4、TCB关联内核栈 如图

内核线程switch_to的五段论（这里先了解一下） 下一篇笔记将详细介绍这个五段论

对比：

总结

提示：这里对文章进行总结： 根据在用户空间还是在核心实现多线程机制，线程又被分为用户级线程（User Level Thread）和内核级线程（Kernel Level Thread）