Лекция: Пользовательские потоки и потоки ядра

Модели многопоточности.Реализация многопоточности в ОС, как и многих других возможностей, имеет несколько уровней абстракции. Самый высокий из них – пользовательский уровень. С точки зрения пользователя и его программ, управление потоками реализовано через библиотеку потоков пользовательского уровня (user threads).Подробнее конкретные операции над пользовательскими потоками будут рассмотрены немного позже. Пока отметим лишь, что существует несколько моделей потоков пользовательского уровня, среди которых:

• POSIX Pthreads –потоки, специфицированные стандартом POSIX и используемые в POSIX-приложениях (рассмотрены позже в данной лекции);
• Mac C-threads– пользовательские потоки в системе MacOS;
• Solaris threads– пользовательские потоки в ОС Solaris (рассмотрены позже в данной лекции).

Низкоуровневые потоки, в которые отображаются пользовательские потоки, называются потоками ядра (kernel threads).Они поддержаны и используются на уровне ядра операционной системы. Как и подходы к пользовательским потокам, подходы к архитектуре и реализации системных потоков и к отображению пользовательских потоков в системные в разных ОС различны.Например, собственные модели потоков ядра со своей спецификой реализованы в следующих ОС:

• Windows 95/98/NT/2000/XP/2003/2008/7;
• Solaris;
• Tru64 UNIX;
• BeOS;
• Linux.

Существуют различные модели многопоточности– способы отображения пользовательских потоков в потоки ядра. Теоретически возможны (и на практике реализованы) следующие модели многопоточности:

— Модель много / один (many-to-one)– отображение нескольких пользовательских потоков в один и тот же поток ядра. Используется в операционных системах, не поддерживающих множественные системные потоки (например, с целью экономии памяти). Данная модель изображена на рис. 10.2.

Рис. 10.2. Схема модели многопоточности «много / один».

— Модель один / один (one-to-one)– взаимно-однозначное отображение каждого пользовательского потока в определенный поток ядра. Примеры ОС, использующих данную модель, — Windows 95/98/NT/2000/XP/2003/2008/7; OS/2. Данная модель изображена на рис. 10.3.

Рис. 10.3. Схема модели многопоточности «один / один».

— Модель много / много (many-to-many)– модель, допускающая отображение нескольких пользовательских потоков в несколько системных потоков. Такая модель позволяет ОС создавать большое число системных потоков. Характерным примером ОС, использующей подобную модель, является ОС Solaris, а также Windows NT / 2000 / XP / 2003 / 2008 / 7 с пакетом ThreadFiber. Данная модель изображена на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Схема модели многопоточности «много / много».