操作系统中的多线程模型

在本文中，我们将了解操作系统中的多线程模型。

多线程模型

多线程允许应用程序将其任务划分为独立的线程。在多线程中，相同的进程或任务可以由多个线程完成，或者我们可以说在多线程中有多个线程来执行任务。通过使用多线程，可以实现多任务处理。

单线程系统的主要缺点是一次只能执行一个任务，因此为了克服单线程的缺点，出现了多线程，它允许执行多个任务。

例如

在上面的示例中，客户端 1、客户端 2 和客户端 3 正在访问 Web 服务器而无需等待。在多线程中，多个任务可以同时运行。

在操作系统中，线程分为用户级线程和内核级线程。用户级线程在内核之上独立处理，因此无需任何内核支持即可管理。另一方面，操作系统直接管理内核级线程。然而，用户级线程和内核级线程之间必须存在某种形式的关系。

存在三种已建立的多线程模型对这些关系进行分类：

• 多对一多线程模型
• 一对一多线程模型
• 多对多多线程模型

多对一多线程模型

多对一模型将许多用户级线程映射到一个内核线程。这种类型的关系促进了有效的上下文切换环境，即使在没有线程支持的简单内核上也能轻松实现。

该模型的缺点是，由于在任何给定时间只有一个内核级线程调度，因此该模型无法利用多线程进程或多处理器系统提供的硬件加速。在这种情况下，所有线程管理都在用户空间中完成。如果出现阻塞，该模型会阻塞整个系统。

在上图中，多对一模型将所有用户级线程关联到单个内核级线程。

一对一多线程模型

一对一模型将单个用户级线程映射到单个内核级线程。这种类型的关系有助于并行运行多个线程。然而，这种好处也伴随着其缺点。每个新用户线程的生成都必须包括创建相应的内核线程，这会造成开销，从而可能阻碍父进程的性能。Windows 系列和 Linux 操作系统试图通过限制线程数量的增长来解决这个问题。

在上图中，一个模型将一个用户级线程关联到单个内核级线程。

多对多多线程模型

在这种类型的模型中，有多个用户级线程和多个内核级线程。创建的内核线程数量取决于特定的应用程序。开发人员可以在两个级别创建任意数量的线程，但可能不相同。多对多模型是其他两个模型之间的折衷。在此模型中，如果任何线程进行阻塞系统调用，内核可以调度另一个线程执行。此外，随着多个线程的引入，不存在像以前模型中那样的复杂性。尽管此模型允许创建多个内核线程，但此模型无法实现真正的并发性。这是因为内核一次只能调度一个进程。

多线程模型的多对多版本将多个用户级线程关联到相同或少得多的内核级线程，如上图所示。