Was ist ein Thread?

Ein Thread ist ein einfacher Prozess, der unabhängig von einem Scheduler verwaltet werden kann. Es verbessert die Anwendungsleistung durch Parallelität. Thread teilt Informationen wie Codesegment, offene Dateien und Datensegment mit anderen Peer-Threads. Threads haben ihre eigenen Systemregister, die ihre aktuellen Arbeitsvariablen enthalten, einen Stack, der die Ausführungshistorie und einen Zähler enthält , der verfolgt, welcher Befehl als nächstes ausgeführt werden soll.

Threads stellen einen Softwareansatz dar, um die Leistung des Betriebssystems durch Reduzierung des Overheads zu verbessern. Thread entspricht einem klassischen Prozess. Es gibt zwei Haupttypen von Threads, dazu gehören:

• Thread auf Benutzerebene (vom Benutzer verwaltete Threads)
• Kernel-Level-Thread ( Vom Betriebssystem verwaltete Threads, die auf dem Kernel, einem Betriebssystemkern, ausgeführt werden).

Thread auf Benutzerebene

Threads auf Benutzerebene sind klein und viel schneller als Threads auf Kernelebene. Sie werden direkt vom Betriebssystem unterstützt. Threads auf Benutzerebene werden von Benutzern implementiert, und der Kernel ist sich der Existenz dieser Threads nicht bewusst. Es behandelt diese Threads, als wären es Singlethread-Prozesse. Der Anwendungsbereich des Threads auf Benutzerebene hat keinen Thread-Verwaltungscode.

Der Thread auf Benutzerebene wird auch als Viele-zu-Eins-Zuordnungs-Thread bezeichnet, da das Betriebssystem alle Threads in einem Multithread-Prozess einem einzigen Ausführungskontext zuordnet. Das Betriebssystem betrachtet jeden Multithread-Prozess als eine einzelne Ausführungseinheit.

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Was Sie über Threads auf Benutzerebene wissen müssen

• Die auf Benutzerebene bereitgestellte Unterstützung wird als Thread auf Benutzerebene bezeichnet .
• Der Thread auf Benutzerebene wird auch als Viele-zu-Eins-Zuordnungs-Thread bezeichnet, da das Betriebssystem alle Threads in einem Multithread-Prozess einem einzigen Ausführungskontext zuordnet. Das Betriebssystem betrachtet jeden Multithread-Prozess als eine einzelne Ausführungseinheit.
• Der Thread auf Benutzerebene verwendet Platz für die Threadplanung. Die Threads sind für das Betriebssystem transparent.
• Threads auf Benutzerebene rufen den Kernel nicht für die Planungsentscheidung auf.
• Benutzer-Threads werden von Benutzern implementiert und vollständig vom Laufzeitsystem verwaltet.
• Die Implementierung von Benutzer-Threads ist einfach.
• Wenn ein Thread auf Benutzerebene eine Blockierungsoperation durchführt, wird der gesamte Prozess blockiert.
• Die Benutzerebene kann auf jedem Betriebssystem ausgeführt werden.
• Die Zeit für den Kontextwechsel ist kürzer.
• Kontextwechsel erfordert Hardware-Support
• Kontextwechsel erfordert keine Hardwareunterstützung.
• Multithread-Anwendung kann Multiprocessing nicht nutzen.
• Threads auf Benutzerebene werden von Laufzeitbibliotheken erstellt, die keine privilegierten Anweisungen ausführen können.
• Threads auf Benutzerebene haben einen geringen Overhead, können jedoch eine hohe Rechenleistung erzielen.
• Der Code zum Erstellen und Zerstören des Threads, zur Nachrichtenweitergabe, zur Datenübertragung und zum Thread-Scheduling ist in der Thread-Bibliothek enthalten.
• Beispiele für Benutzer-Thread-Bibliotheken sind: POSIX-P-Threads, Mach-C-Threads und Solaris 2-UI-Threads.

Thread auf Kernel-Ebene

Threads auf Kernel-Ebene werden direkt vom Betriebssystem verarbeitet und die Thread-Verwaltung wird vom Kernel übernommen. In Threads auf Thread-Ebene gibt es keinen Thread-Verwaltungscode im Anwendungsbereich und mehrere Threads desselben Prozesses können auf verschiedenen Prozessoren in Threads auf Kernel-Ebene geplant werden.

Da der Kernel Threads verwaltet, kann der Kernel einen anderen Thread planen, wenn ein bestimmter Thread blockiert, anstatt die gesamten Prozesse zu blockieren. Kernel-Threads sind in der Regel langsamer zu erstellen und zu verwalten als Benutzer-Threads; und die Übertragung der Kontrolle von einem Thread zu einem anderen innerhalb desselben Prozesses erfordert einen Moduswechsel zum Kernel.

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Was Sie über Threads auf Kernel-Ebene wissen müssen

• Die vom Kernel bereitgestellte Unterstützung wird als Kernel-Level-Thread bezeichnet .
• Threads werden durch Systemaufrufe konstruiert und gesteuert. Das System kennt den Zustand jedes Threads.
• Threads auf Kernel-Ebene unterstützen die Eins-zu-Eins-Thread-Zuordnung. Das Mapping erfordert jeden Benutzer-Thread mit Kernel-Thread. Das Betriebssystem führt diese Zuordnung durch.
• Threads auf Kernel-Ebene werden vom Betriebssystem implementiert. Im Thread auf Kernel-Ebene erfolgt die Thread-Verwaltung durch den Kernel.
• Die Implementierung des Kernel-Threads ist kompliziert.
• Da der Kernel Threads verwaltet, kann der Kernel einen anderen Thread planen, wenn ein bestimmter Thread blockiert, anstatt die gesamten Prozesse zu blockieren.
• Jede Anwendung kann auf Multithreading programmiert werden. Alle Threads innerhalb einer Anwendung werden in einem einzigen Prozess unterstützt.
• Threads auf Kernel-Ebene unterstützen die Eins-zu-Eins-Thread-Zuordnung.
• Threads auf Kernel-Ebene sind betriebssystemspezifisch.
• Kontextwechselzeit ist mehr.
• Der Kernel führt das Scheduling auf Thread-Basis durch. Die Kernel-Unterstützung und Management-Thread-Erstellung nur im Kernel-Bereich.
• Hardware-Unterstützung ist erforderlich.
• Kernel-Routinen selbst können multithreaded sein.
• Threads auf Kernel-Ebene sind langsamer als Threads auf Benutzerebene.
• Der Thread-Verwaltungscode ist nicht im Anwendungscode enthalten. Es ist die einzige API zum Kernel-Thread. Das Windows-Betriebssystem verwendet diese Funktion.
• Beispiele für Threads auf Kernel-Ebene sind: Windows NT, Windows 2000, Solaris 2, BeOS und Tru64 UNIX (ehemals digitales UNIX)

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Unterschied zwischen Thread auf Benutzerebene und Thread auf Kernelebene in Tabellenform

VERGLEICHSGRUNDLAGE	GEWINDE AUF BENUTZEREBENE	KERNLEVEL-GEWINDE
Beschreibung	Die auf Benutzerebene bereitgestellte Unterstützung wird als Thread auf Benutzerebene bezeichnet .	Die vom Kernel bereitgestellte Unterstützung wird als Kernel-Level-Thread bezeichnet.
Thread-Mapping	Der Thread auf Benutzerebene wird auch als Viele-zu-Eins-Zuordnungs-Thread bezeichnet, da das Betriebssystem alle Threads in einem Multithread-Prozess einem einzigen Ausführungskontext zuordnet. Das Betriebssystem betrachtet jeden Multithread-Prozess als eine einzelne Ausführungseinheit.	Threads auf Kernel-Ebene unterstützen die Eins-zu-Eins-Thread-Zuordnung. Das Mapping erfordert jeden Benutzer-Thread mit Kernel-Thread. Das Betriebssystem führt diese Zuordnung durch.
Beispiele	Beispiele für Benutzer-Thread-Bibliotheken sind: POSIX-P-Threads, Mach-C-Threads und Solaris 2-UI-Threads.	Beispiele für Threads auf Kernel-Ebene sind: Windows NT, Windows 2000, Solaris 2, BeOS und Tru64 UNIX (ehemals digitales UNIX)
Kontextwechselzeit	Die Zeit für den Kontextwechsel ist kürzer.	Kontextwechselzeit ist mehr.
Geschwindigkeit	Threads auf Benutzerebene sind schneller als Threads auf Kernelebene.	Threads auf Kernel-Ebene sind langsamer als Threads auf Benutzerebene.
Multithreading	Multithread-Anwendung kann Multiprocessing nicht nutzen.	Kernel-Routinen selbst können multithreaded sein.
Hardware-Support	Kontextwechsel erfordert Hardware-Support	Hardware-Unterstützung ist erforderlich.
Implementierung	Die Implementierung von Benutzer-Threads ist einfach.	Die Implementierung des Kernel-Threads ist kompliziert.
Betriebssystem	Die Benutzerebene kann auf jedem Betriebssystem ausgeführt werden.	Threads auf Kernel-Ebene sind betriebssystemspezifisch.
Anwendungscode	Der Code zum Erstellen und Zerstören des Threads, zur Nachrichtenweitergabe, zur Datenübertragung und zum Thread-Scheduling ist in der Thread-Bibliothek enthalten.	Der Thread-Verwaltungscode ist nicht im Anwendungscode enthalten. Es ist die einzige API zum Kernel-Thread. Das Windows-Betriebssystem verwendet diese Funktion.
Systemaufrufe	Threads auf Benutzerebene rufen den Kernel nicht für die Planungsentscheidung auf.	Threads werden durch Systemaufrufe konstruiert und gesteuert. Das System kennt den Zustand jedes Threads.
Betriebsraum	Der Thread auf Benutzerebene verwendet Platz für die Threadplanung. Die Threads sind für das Betriebssystem transparent.	Der Kernel führt das Scheduling auf Thread-Basis durch. Die Kernel-Support- und Management-Thread-Erstellung erfolgt nur im Kernel-Space.