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linux0.11内核源码——用户级线程及内核级线程

时间:2019-12-13 15:36:39      阅读:181      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

参考资料:哈工大操作系统mooc

用户级线程

1.每个进程执行时会有一套自己的内存映射表,即我们所谓的资源,当执行多进程时切换要切换这套内存映射表,即所谓的资源切换

2.但是如果在这个进程中创建线程,共用一套资源,那么进行线程切换时,只要切换pc指针和栈指针esp即可,这样便省去了许多资源切换的操作

即资源不变但切换指令序列

  例如,一个网页浏览器,需要有多个线程: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

  但是这些线程完全可以共用一套资源,即:接收数据放在某地址处,显示时要读, 所有的文本、图片都显示在一个屏幕上

那么这个浏览器的实现可能是这样的

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 其中: yield函数用来进行线程之间的切换

    create函数就是要制造出第一次切 换时应该的样子

我们让每个线程都有一个属于自己的栈,栈顶指针esp在线程控制块全局变量tcb中维护:

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 这样程序在往下执行时就能通过yield来进行线程切换了,注意yield最后一句jmp 204应该去掉,因为yield函数返回时,esp已经切换过去了,cpu只要正常取指令执行即可

 

然后我们来分析一个线程该有的资源:代码段,数据段,以及一个属于该线程的栈,栈顶指针esp维护着切换时要用的pc指针,还有一个tcb块,tcp.esp存的是这个线程自己的栈顶

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 而create函数要做的有这几件事:

  1.在用户空间申请资源:申请栈空间,tcb块

  2.初始化线程对应的tcb:关联tcb和栈

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所以所有的代码实现就是

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内核级线程概览和用户级线程与内核级线程的区别

现代多核计算机的样子

 

 

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内核级线程和用户级线程的图示

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 用户级线程的缺点在于,硬件是看不到用户级线程的,因此当用户级线程所在的进程阻塞时,所有的用户级线程都会被阻塞

因此需要引入内核级线程,来充分发挥多核计算机的优势

 

内核级线程(进程)

首先,和用户级线程相比,内核级线程的ThreadCreate是系统调用,内核管理TCB,内核负 责切换线程

但是内核级线程必须和用户级线程相关联,才能完成从用户到内核的切换,因为执行的代码还在用户态,内核只是完成了线程的切换工作

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所以内核线程切换后,还要再切换回对应的用户线程

关联方式:一个栈到一套栈;两个栈到两套栈

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 具体方法:当用户态引发中断进入内核后,内核栈里保存了用户栈的栈指针ss:sp和指令指针cs:pc,然后返回时通过IRET函数进行出栈工作,让ss:sp和cs:ip再切换到对应的用户栈

 

解决完用户栈和内核栈的绑定工作,然后开始进行内核态线程的切换工作:switch_to

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内核级线程切换的五个步骤

1.从用户态->内核态(出发中断),这个步骤传给内核用户态的栈信息

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 2.内核态线程被阻塞(时钟中断或读数据):进入调度算法,引发切换

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 3.调度函数找到next,引发switch_to

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 4.switch_to函数内切换内核栈

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 5.从切换过来的内核栈IRET至用户态

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要注意的是,如果切换的不是线程而是进程,那么还要进行内存映射表的切换,此时只要在switch_to里增加地址映射表切换就可以

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对应的,create线程函数的实现方式:

  首先要在内核里申请一页空白页(这一个步骤对应用户态的malloc)

  然后是申请内核栈,把用户栈也放进去

  然后新建的tcb和内核栈绑定,处理线程的状态,加入到就绪队列里等待cpu调度就好啦!

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一些性能上的对比

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实际上,只要掌握了内核级线程的切换,内核级进程的切换和其极其相似,只是新增了一个映射表(所谓的资源)切换

linux0.11内核源码——用户级线程及内核级线程

原文:https://www.cnblogs.com/zsben991126/p/12035219.html

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