用户级线程和内核级线程，你分得清吗？

这篇文章是上一篇博客的补充，旨在把没有讲清楚的「用户级线程和内核级线程」补充完整。但愿读者能对线程有更进一步的了解。

---

小白最近在学习多线程编程。

网上关于多线程的资料不少，小白很快就把线程的基本概念弄懂了，但关于「用户级线程和内核级线程」的概念，她却怎么也搞不清楚，只好向操做系统基础扎实的小明请教。

对于小白的问题，小明总会耐心解答：“线程里面这两个概念确实比较难理解，我先给你讲用户级线程吧。”

用户级线程

“既然你说你已经看过线程的基本概念，那我就直接跳过这一部分了。

好久好久以前，线程的概念是出现了，但操做系统厂商可不能直接就去修改操做系统的内核，由于对他们来讲，稳定性是最重要的。贸然把未经验证的东西加入内核，出问题了怎么办？因此想要验证线程的可用性，得另想办法。”

“我知道我知道，那些研究人员就编写了一个关于线程的函数库，用函数库来实现线程！”小白得意的说：“这个我刚刚在网上看到了。”

“是的，他们把建立线程、终止线程等功能放在了这个线程库内，用户就能够经过调用这些函数来实现所须要的功能。”小明找了张纸，写上了几个函数：pthread_creat ，pthread_exit ，pthread_join ，pthread_yield ，接着说：“这是几个重要的函数，你应该能大概猜出这些函数的功能吧？”

“emmmm，让我想一想，pthread_creat 是建立一个新线程，pthread_exit 是结束线程，pthread_join 嘛，我猜是准备运行某一个线程，而后把它加进就绪队列。最后一个函数我就不知道了。”

“不知道也不要紧，一会你就清楚了。”小明接着讲：“要知道，刚刚咱们说的线程库，是位于用户空间的，操做系统内核对这个库一无所知，因此从内核的角度看，它仍是按正常的方式管理。”

小白问道：“也就是说操做系统眼里仍是只有进程喽？那我用线程库写的一个多线程进程，只能一次在一个 CPU 核心上运行？”

小明点点头，说：“你说的没错，这实际上是用户级线程的一个缺点，这些线程只能占用一个核，因此作不到并行加速，并且因为用户线程的透明性，操做系统是不能主动切换线程的，换句话讲，若是 A，B 是同一个进程的两个线程的话， A 正在运行的时候，线程 B 想要运行的话，只能等待 A 主动放弃 CPU，也就是主动调用 pthread_yield 函数。”

tobe 注：对操做系统来讲，用户级线程具备不可见性，也称透明性。

“停一下，让我想想，”小白飞速思考着小明的话，“是否是说，即便有线程库，用户级线程也作不到像进程那样的轮转调度？”

“很是正确！看来你对进程的概念很清楚嘛。不过呢，虽然不能作到轮转调度，但用户级线程也有他本身的好处——你能够为你的应用程序定制调度算法，毕竟何时退出线程你本身说了算。刚刚说了，由于操做系统只能看到进程的存在，那若是某一个线程阻塞了，你以为会发生什么？”

“在操做系统眼里，是进程阻塞了，那么整个进程就会进入阻塞态，在阻塞操做结束前，这个进程都没法获得 CPU 资源。那就至关于，全部的线程都被阻塞了。”小白得意的回答。

“没错，因此若是任由线程进行阻塞操做，进程的效率将受到很大的影响，因此在这个过程当中，出现了一个替代方案——jacket。所谓 jacket，就是把一个产生阻塞的系统调用转化成一个非阻塞的系统调用。”

小白惊讶地问：“这怎么作获得？该阻塞的调用，还能变得不阻塞？”

小明答道：“我来举个例子吧，不是直接调用一个系统 I/O 例程，而是调用一个应用级别的 I/O jacket 例程，这个 jacket 例程中的代码会检查而且肯定 I/O 设备是否是正忙，若是忙的话，就在用户态下将该线程阻塞，而后把控制权交给另外一个线程。隔一段时间后再次检查 I/O 设备。就像你说的，最后仍是会执行阻塞调用，但使用 jacket 能够缩短被阻塞的时间。不过有些状况下是能够不被阻塞的，取决于具体的实现。”

小明停顿了一会，说：“用户级线程的概念大概就这么多，咱们接下来说内核级线程吧。”

内核级线程

“有了用户级线程的铺垫，内核级线程就好讲多了。如今咱们知道，许多操做系统都已经支持内核级线程了。为了实现线程，内核里就须要有用来记录系统里全部线程的线程表。当须要建立一个新线程的时候，就须要进行一个系统调用，而后由操做系统进行线程表的更新。固然了，传统的进程表也仍是有的。你想一想看，若是操做系统「看得见」线程，有什么好处？“

小白自信的回答：“操做系统内核若是知道线程的存在，就能够像调度多个进程同样，把这些线程放在好几个 CPU 核心上，就能作到实际上的并行了。”

“还有一点你没有说到，若是线程可见，那么假如线程 A 阻塞了，与他同属一个进程的线程也不会被阻塞。这是内核级线程的绝对优点。”

“那内核级线程就没有什么缺点吗？”

“缺点固然是有的，你想一想看，让操做系统进行线程调度，那意味着每次切换线程，就须要「陷入」内核态，而操做系统从用户态到内核态的转变是有开销的，因此说内核级线程切换的代价要比用户级线程大。还有很重要的一点——线程表是存放在操做系统固定的表格空间或者堆栈空间里，因此内核级线程的数量是有限的，扩展性比不上用户级线程。”

"内核级线程就这么点东西，我最后给你留一张图，你要是能看得懂，就说明你理解今天的概念了。"

小白得意地说：“我固然看得懂了，谢谢小明！”

---

但愿你在看完个人文章以后有所收获。

感谢你的阅读，咱们后会有期！

声明：原创文章，未经受权，禁止转载