使用内核线程实现的方式也被称为1:1实现。内核线程(Kernel-Level Thread,KLT)就是直接由操作系统内核(Kernel,下称内核)支持的线程,这种线程由内核来完成线程切换,内核通过操纵调度器(Scheduler)对线程进行调度,并负责将线程的任务映射到各个处理器上。每个内核线程可以视为内核的一个分身,这样操作系统就有能力同时处理多件事情,支持多线程的内核就称为多线程内核 (Multi-Threads Kernel)
程序一般不会直接使用内核线程,而是使用内核线程的一种高级接口——轻量级进程(Light Weight Process,LWP),轻量级进程就是我们通常意义上所讲的线程,由于每个轻量级进程都由一个 内核线程支持,因此只有先支持内核线程,才能有轻量级进程。这种轻量级进程与内核线程之间1:1 的关系称为一对一的线程模型
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由于内核线程的支持,每个轻量级进程都成为一个独立的调度单元,即使其中某一个轻量级进程 在系统调用中被阻塞了,也不会影响整个进程继续工作。轻量级进程也具有它的局限性:首先,由于是基于内核线程实现的,所以各种线程操作,如创建、析构及同步,都需要进行系统调用。而系统调用的代价相对较高,需要在用户态(User Mode)和内核态(Kernel Mode)中来回切换。其次,每个轻量级进程都需要有一个内核线程的支持,因此轻量级进程要消耗一定的内核资源(如内核线程的栈空间),因此一个系统支持轻量级进程的数量是有限的;
处理器要去执行线程A的程序代码时,并不是仅有代码程序就能跑得起来,程序是数据与代码的 组合体,代码执行时还必须要有上下文数据的支撑。而这里说的“上下文”,以程序员的角度来看,是 方法调用过程中的各种局部的变量与资源;以线程的角度来看,是方法的调用栈中存储的各类信息; 而以操作系统和硬件的角度来看,则是存储在内存、缓存和寄存器中的一个个具体数值。物理硬件的 各种存储设备和寄存器是被操作系统内所有线程共享的资源,当中断发生,从线程A切换到线程B去执 行之前,操作系统首先要把线程A的上下文数据妥善保管好,然后把寄存器、内存分页等恢复到线程B 挂起时候的状态,这样线程B被重新激活后才能仿佛从来没有被挂起过。这种保护和恢复现场的工 作,免不了涉及一系列数据在各种寄存器、缓存中的来回拷贝,当然不可能是一种轻量级的操作
#### 缺点
1:1的内核线程模型是如今Java虚拟 机线程实现的主流选择,但是这种映射到操作系统上的线程天然的缺陷是切换、调度成本高昂,系统 能容纳的线程数量也很有限。以前处理一个请求可以允许花费很长时间在单体应用中,具有这种线程 切换的成本也是无伤大雅的,但现在在每个请求本身的执行时间变得很短、数量变得很多的前提下, 用户线程切换的开销甚至可能会接近用于计算本身的开销,这就会造成严重的浪费
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内核线程的调度成本主要来自于用户态与核心态之间的状态转换,而这两种状态转换的开销主要 来自于响应中断、保护和恢复执行现场的成本
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