用户级线程

线程的切换

在看进程切换前，我们先来看线程的切换吧。
这一篇主要说的是用户级线程的切换。
因为 进程的切换=资源切换+指令执行序列切换。
将资源和指令序列分开看，如果只是从一个执行指令序列切换到另一个执行指令序列，那么这就是线程的切换。

线程保留了并发(一个cpu上交替的执行多个程序)的优点，避免了进程切换代价，不需要切资源（映射表），只是切执行指令序列。线程切换的实质就是映射表不变而PC指针变。

用户级线程的切换

一个网页浏览器
一个线程用来从服务器接收数据
一个线程用来显示文本

开始实现这个游览器…

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){...};

我们下载了一段时间的数据后，切出去执行另一个线程，显示文本后，切回来继续下载。

Yield与Create

pthread_create()让多个线程同时触发，yield()能完成线程的切换，使线程交替执行。

现在有两个执行序列，我们想要其中执行了一段时间后，跳到另一个去执行，之后又切回来。(线程的切换)

Yiled从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;
}

两个执行序列与一个栈…

从100开始执行，在A函数中遇到B函数的调用，B的返回地址即下一句指令的地址104压栈，又在B中遇到Yield()调用，Yield()的返回地址204压栈。在B中的Yield()jmp到300，执行C函数，在C中遇到D()调用，304压栈，执行D(),遇到D中的Yield()调用，Yield()的返回地址404压栈。

D中的Yield()执行后，跳到204

200：B()
{
   Yield();
   204:
}

204开始执行遇到”}”，会弹栈，栈顶元素404被弹出执行404，这里就出现问题了，我们刚才已经回到100那个线程了，现在却又切到了300那个线程。

所以两个序列一个栈是不行的。

一个栈到两个栈

每个序列对应一个栈，Yield切换先切栈。

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

现在两个栈的情况是：

执行D中的Yield，使栈完成了切换,esp=1000。但是遇到jmp 204,就跳到204，那么Yield()就永远不能返回了。

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

把jmp 204去掉，此时栈已经完成了切换esp=1000，然后Yield执行遇到“}”，弹栈，此时弹栈弹出栈顶元素 204，执行204(“}”相当于ret)，再ret，弹栈就是104了。

所以两个线程的样子：两个TCB、两个栈、切换的PC在栈中。

而ThreadCreate的核心就是申请一个栈，一个TCB(线程控制块)，再将栈与TCB关联。

void ThreadCreate(A)
{
   TCB* tcb=malloc();
   *stack=malloc();
   *stack=A;//100 执行线程的起始地址
   tcb.esp=stack;//栈和TCB关联
}

综上

void ThreadCreate(func,arg1)
{
   申请栈；
   申请TCB;
   func等入栈；
   关联TCB与栈；
}
void GetData(char* URL,char *p)
{
   连接URL;
   下载;
   Yield();
   ...
}
void Yield()
{
   压入现场；
   esp放在当前TCB中;
   Next();//调度函数，对系统影响很大，可优先调度Show
   从下个TCB取出esp;
   弹栈切换线程；
}

用户级线程

因为这里的Yield，Create是用户程序，没有进入内核，所以说是用户级线程。
用户级线程对于内核是不可见的。
如果进程的某个线程进入内核并阻塞，对于内核来说，它是看不到那个进程里面有其他线程的，所以会直接切到别的进程去执行。此时用户级线程的并发性就没有什么用了。

例如

GetData()
{
  连接URL发起请求；
  等待网卡IO...
  进程阻塞
}
Show()
{
  显示文本和连接；
  ...
}

用户级线程只能在用户级切来切去，不进入内核。