L10_用户级线程

线程与进程

:::info

• 进程 = 资源 + 指令执行序列
  • 将资源和指令执行分开
  • 一个资源 + 多个指令执行序列
• 线程: 保留了并发的优点， 避免了进程切换代价
• 实质就是映射表不变而PC指针变

• 切换线程——指令切换(PC指针切换)，资源不切换(不更换映射表) :::

  一个例子：网页浏览器

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

  

  如何切换？

  

• 跳转时会将当前程序下一个程序的地址压入栈中

• 程序结束遇到}会将栈中的地址弹出，转到该地址； :::danger 若是两个程序只是用一个栈，会发生混乱； :::
  Yield切换时要先切换栈，进程1的地址压在TCB1的栈，进程2的地址压在TCB2的栈；

  ThreadCreate

  线程的核心便是TCB、栈、切换的PC；因此在创建线程时，需要创建这三者；
  

  void ThreadCreate(A)
  {
    TCB *tcb=malloc();
    *stack=malloc();
    *stack = A;//100
    tcb.esp=stack;
  }

  用户级线程和核心级线程的差异

  用户级线程仍会出现阻塞的现象；

• 某个线程进入内核并阻塞，CPU并不知道TCB的信息，也不会调用其他的线程，因此会卡住；

• 与之区别的是核心级线程，由系统调用，会进入内核，知道TCB（但是不用跳转进程）

L11_内核级线程

有了内核级线程的概念，才能更好地运用多核CPU。

内核级线程与用户级线程的差别

:::info

• 用户级：两个栈

• 内核级：两套栈 ::: :::info 用户栈会和内核栈组成一种关联的关系；
  
  *当用户调用INT中断时，会进入内核； :::

  如何切换

• 用户调用int指令，进入中断

• 中断处理，启动磁盘读或是时钟中断：schedule()引发切换
• schedule内使用swith to函数，实现内核切换
• 切换后执行一段中断函数，最后应该右iret指令，从中断弹出，进入切换后的线程

:::info 直观上讲，有两级切换，先是内核级的切换，从线程S的代码段切到线程T的代码段
然后中断结束回到线程T（因为栈也换了）
:::

Summar

L12_内核级线程的实现

从一个实例讲解fork()创建子线（进）程；

用户栈进入内核

main(){
    A();
    B();
}
A(){
    fork();
}
//遇到fork系统调用，通过中断进入内核
mov %eax,__NR_fork
INT 0x80
mov res,%eax

从main()进入A()时，用户栈会压入下一条指令的地址：ret=B

从内核进中断

调用中断进入内核后，内核栈要和用户栈联系起来，栈寄存器指向用户栈，因为要去执行中断函数，因此也要保存内核下一条指令的地址，即mov res,%eax的地址。然后调用中断处理函数system_call

_system_call:
push %ds..%fs
pushl %edx... //首先保存现场，此时保存的这些内容还是当前的用户栈的
call sys_fork //调用fork创建一个子进程
//========================
pushl %eax     
movl _current, %eax
cmpl $0,state(%eax)
jne reschedule
cmpl $0, counter(%eax)
je reschedule
//========================
ret_from_sys_call:

:::info 系统判断当前进程是否发生阻塞、需要切换到新的进程是通过上面的两个cmpl来进行的；

• 第一个比较状态信息是否为非零，若是非0则说明阻塞了，执行schedule切换

• 第二个判断时间片是否以及没有了，若是没了也是切换 :::

  切换到其他进程

  这里先解释切换五段论中的最后一个，如何从内核回到用户栈。

  reschedule:
  pushl $ret_from_sys_call
  jmp _schedule

• reschedule首先在当前内核栈中保存返回后的下一条指令，即弹栈ret_from_sys_call

• 然后才执行切换线程（PCB的切换）

  void schedule(void){
    next=i;
  switch_to(next);
  }

  :::tips switch_to切换到下一个就绪的进程，实际上是PCB的切换！也就是说现在内核栈换了！

• switch_to末尾的ret会执行弹栈，这时因为已经换成新的内核栈了，ret后会跳到新的用户栈。 :::

  ret_from_sys_call:
  popl %eax //返回值
  popl %ebx.h
  pop %fs...
  iret //返回到哪里呢？INT 0x80后面执行！
     //res的值是返回值，实际上是%eax的值

  :::info 若是从schedule出来的话也会执行弹栈，弹栈后会执行ret_from_sys_call
ret_from_sys_call会执行弹栈操作，因为内核栈已经切换了，所以这时候弹栈实际上是弹的另一个进程的用户栈，执行结束后iret也会进入到新进程的用户栈 :::

  fork创建线程