這篇文章是上一篇部落格的補充，旨在把沒有講清楚的「使用者級執行緒和核心級執行緒」補充完整。希望讀者能對執行緒有更進一步的瞭解。

小白最近在學習多執行緒程式設計。

網上關於多執行緒的資料很多，小白很快就把執行緒的基本概念弄懂了，但關於「使用者級執行緒和核心級執行緒」的概念，她卻怎麼也搞不清楚，只好向作業系統基礎紮實的小明請教。

對於小白的問題，小明總會耐心解答：“執行緒裡面這兩個概念確實比較難理解，我先給你講使用者級執行緒吧。”

使用者級執行緒

“既然你說你已經看過執行緒的基本概念，那我就直接跳過這一部分了。

很久很久之前，執行緒的概念是出現了，但作業系統廠商可不能直接就去修改作業系統的核心，因為對他們來說，穩定性是最重要的。貿然把未經驗證的東西加入核心，出問題了怎麼辦？所以想要驗證執行緒的可用性，得另想辦法。”

“我知道我知道，那些研究人員就編寫了一個關於執行緒的函式庫，用函式庫來實現執行緒！”小白得意的說：“這個我剛剛在網上看到了。”

“是的，他們把建立執行緒、終止執行緒等功能放在了這個執行緒庫內，使用者就可以通過呼叫這些函式來實現所需要的功能。”小明找了張紙，寫上了幾個函式：pthread_creat ，pthread_exit ，pthread_join ，pthread_yield ，接著說：“這是幾個重要的函式，你應該能大概猜出這些函式的功能吧？”

“emmmm，讓我想想，pthread_creat 是建立一個新執行緒，pthread_exit 是結束執行緒，pthread_join 嘛，我猜是準備執行某一個執行緒，然後把它加進就緒佇列。最後一個函式我就不知道了。”

“不知道也沒關係，一會你就清楚了。”小明接著講：“要知道，剛剛我們說的執行緒庫，是位於使用者空間的，作業系統核心對這個庫一無所知，所以從核心的角度看，它還是按正常的方式管理。”

小白問道：“也就是說作業系統眼裡還是隻有程序嘍？那我用執行緒庫寫的一個多執行緒程序，只能一次在一個 CPU 核心上執行？”

小明點點頭，說：“你說的沒錯，這其實是使用者級執行緒的一個缺點，這些執行緒只能佔用一個核，所以做不到並行加速，而且由於使用者執行緒的透明性，作業系統是不能主動切換執行緒的，換句話講，如果 A，B 是同一個程序的兩個執行緒的話， A 正在執行的時候，執行緒 B 想要執行的話，只能等待 A 主動放棄 CPU，也就是主動呼叫 pthread_yield

tobe 注：對作業系統來說，使用者級執行緒具有不可見性，也稱透明性。

“停一下，讓我想一想，”小白飛速思考著小明的話，“是不是說，即使有執行緒庫，使用者級執行緒也做不到像程序那樣的輪轉排程？”

“非常正確！看來你對程序的概念很清楚嘛。不過呢，雖然不能做到輪轉排程，但使用者級執行緒也有他自己的好處——你可以為你的應用程式定製排程演算法，畢竟什麼時候退出執行緒你自己說了算。剛剛說了，因為作業系統只能看到程序的存在，那如果某一個執行緒阻塞了，你覺得會發生什麼？”

“在作業系統眼裡，是程序阻塞了，那麼整個程序就會進入阻塞態，在阻塞操作結束前，這個程序都無法得到 CPU 資源。那就相當於，所有的執行緒都被阻塞了。”小白得意的回答。

“沒錯，所以如果任由執行緒進行阻塞操作，程序的效率將受到很大的影響，所以在這個過程中，出現了一個替代方案——jacket。所謂 jacket，就是把一個產生阻塞的系統呼叫轉化成一個非阻塞的系統呼叫。”

小白驚訝地問：“這怎麼做得到？該阻塞的呼叫，還能變得不阻塞？”

小明答道：“我來舉個例子吧，不是直接呼叫一個系統 I/O 例程，而是呼叫一個應用級別的 I/O jacket 例程，這個 jacket 例程中的程式碼會檢查並且確定 I/O 裝置是不是正忙，如果忙的話，就在使用者態下將該執行緒阻塞，然後把控制權交給另一個執行緒。隔一段時間後再次檢查 I/O 裝置。就像你說的，最後還是會執行阻塞呼叫，但使用 jacket 可以縮短被阻塞的時間。不過有些情況下是可以不被阻塞的，取決於具體的實現。”

小明停頓了一會，說：“使用者級執行緒的概念大概就這麼多，我們接下來講核心級執行緒吧。”

核心級執行緒

“有了使用者級執行緒的鋪墊，核心級執行緒就好講多了。現在我們知道，許多作業系統都已經支援核心級執行緒了。為了實現執行緒，核心裡就需要有用來記錄系統裡所有執行緒的執行緒表。當需要建立一個新執行緒的時候，就需要進行一個系統呼叫，然後由作業系統進行執行緒表的更新。當然了，傳統的程序表也還是有的。你想想看，如果作業系統「看得見」執行緒，有什麼好處？“

小白自信的回答：“作業系統核心如果知道執行緒的存在，就可以像排程多個程序一樣，把這些執行緒放在好幾個 CPU 核心上，就能做到實際上的並行了。”

“還有一點你沒有說到，如果執行緒可見，那麼假如執行緒 A 阻塞了，與他同屬一個程序的執行緒也不會被阻塞。這是核心級執行緒的絕對優勢。”

“那核心級執行緒就沒有什麼缺點嗎？”

“缺點當然是有的，你想想看，讓作業系統進行執行緒排程，那意味著每次切換執行緒，就需要「陷入」核心態，而作業系統從使用者態到核心態的轉變是有開銷的，所以說核心級執行緒切換的代價要比使用者級執行緒大。還有很重要的一點——執行緒表是存放在作業系統固定的表格空間或者堆疊空間裡，所以核心級執行緒的數量是有限的，擴充套件性比不上使用者級執行緒。”

"核心級執行緒就這麼點東西，我最後給你留一張圖，你要是能看得懂，就說明你理解今天的概念了。"

小白得意地說：“我當然看得懂了，謝謝小明！”

希望你在看完我的文章之後有所收穫。

感謝你的閱讀，我們後會有期！

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