用戶級線程

線程的切換

在看進程切換前，我們先來看線程的切換吧。這一篇主要說的是用戶級線程的切換。因為 進程的切換=資源切換+指令執行序列切換。將資源和指令序列分開看，如果只是從一個執行指令序列切換到另一個執行指令序列，那麼這就是線程的切換。

線程保留了並發(一個cpu上交替的執行多個程序)的優點，避免了進程切換代價，不需要切資源（映射表），只是切執行指令序列。線程切換的實質就是映射表不變而PC指針變。

用戶級線程的切換

一個網頁浏覽器
一個線程用來從服務器接收數據
一個線程用來顯示文本

開始實現這個游覽器…

void WebExplorer()
{
    char URL[]="http://cms.hit.edu.cn";
    char buffer[1000];
    pthread_create(...,GetData,URL,buffer);
    pthread_create(...,Show,buffer);
}

void GetData(char* URL,char *p){...};
void Show(char* p){...};

我們下載了一段時間的數據後，切出去執行另一個線程，顯示文本後，切回來繼續下載。

Yield與Create

pthread_create()讓多個線程同時觸發，yield()能完成線程的切換，使線程交替執行。

現在有兩個執行序列，我們想要其中執行了一段時間後，跳到另一個去執行，之後又切回來。(線程的切換)


Yiled從100跳到300


//B中的Yield
void Yield()
{
   找到300；
   jmp 300；
}
//D中的Yield
void Yield()
{
   找到204;
   jmp204;
}

兩個執行序列與一個棧…

從100開始執行，在A函數中遇到B函數的調用，B的返回地址即下一句指令的地址104壓棧，又在B中遇到Yield()調用，Yield()的返回地址204壓棧。在B中的Yield()jmp到300，執行C函數，在C中遇到D()調用，304壓棧，執行D(),遇到D中的Yield()調用，Yield()的返回地址404壓棧。

<喎?http://www.2cto.com/kf/ware/vc/" target="_blank" class="keylink">vcD4NCjxwPjxjb2RlIGNsYXNzPQ=="hljs r">D中的Yield()執行後，跳到204

200：B()
{
   Yield();
   204:
}

204開始執行遇到”}”，會彈棧，棧頂元素404被彈出執行404，這裡就出現問題了，我們剛才已經回到100那個線程了，現在卻又切到了300那個線程。

所以兩個序列一個棧是不行的。

一個棧到兩個棧

每個序列對應一個棧，Yield切換先切棧。

//D中的Yield
void Yield()
{
   TCB2.esp=esp;
   esp=TCB1.esp;
   jmp 204;
}

現在兩個棧的情況是：

執行D中的Yield，使棧完成了切換,esp=1000。但是遇到jmp 204,就跳到204，那麼Yield()就永遠不能返回了。

//D中的Yield
void Yield()
{
   TCB2.esp=esp;
   esp=TCB1.esp;
  //jmp 204;
}

把jmp 204去掉，此時棧已經完成了切換esp=1000，然後Yield執行遇到“}”，彈棧，此時彈棧彈出棧頂元素 204，執行204(“}”相當於ret)，再ret，彈棧就是104了。

所以兩個線程的樣子：兩個TCB、兩個棧、切換的PC在棧中。

而ThreadCreate的核心就是申請一個棧，一個TCB(線程控制塊)，再將棧與TCB關聯。

void ThreadCreate(A)
{
   TCB* tcb=malloc();
   *stack=malloc();
   *stack=A;//100 執行線程的起始地址
   tcb.esp=stack;//棧和TCB關聯
}

綜上

void ThreadCreate(func,arg1)
{
   申請棧；
   申請TCB;
   func等入棧；
   關聯TCB與棧；
}
void GetData(char* URL,char *p)
{
   連接URL;
   下載;
   Yield();
   ...
}
void Yield()
{
   壓入現場；
   esp放在當前TCB中;
   Next();//調度函數，對系統影響很大，可優先調度Show
   從下個TCB取出esp;
   彈棧切換線程；
}

用戶級線程

因為這裡的Yield，Create是用戶程序，沒有進入內核，所以說是用戶級線程。
用戶級線程對於內核是不可見的。
如果進程的某個線程進入內核並阻塞，對於內核來說，它是看不到那個進程裡面有其他線程的，所以會直接切到別的進程去執行。此時用戶級線程的並發性就沒有什麼用了。

例如

GetData()
{
  連接URL發起請求；
  等待網卡IO...
  進程阻塞
}
Show()
{
  顯示文本和連接；
  ...
}

用戶級線程只能在用戶級切來切去，不進入內核。