Реализация потоков в пространстве пользователя.

Метод состоит в размещении пакета потоков целиком в пространстве пользователя. При этом ядро о потоках ничего не знает и управляет обычными, однопоточными процессами. Наиболее очевидное преимущество этой модели состоит в том, что пакет потоков на уровне пользователя можно реализовать даже в операционной системе, не поддерживающей потоки. Все операционные системы когда-то относились к этой категории, а некоторые относятся до сих пор.

Подобные реализации имеют в своей основе одинаковую общую схему, представленную на рис. а). Потоки работают поверх системы поддержки исполнения программ, которая является набором процедур, управляющих потоками: thread_create (создание нового потока), thread_exit (завершение потока), thread_wait (ожидание завершения работы конкретного потока) и thread_yield (уступает процессор другому потоку).

Если управление потоками происходит в пространстве пользователя, каждому процессу необходима собственная таблица потоков для отслеживания потоков в процессе. Эта таблица аналогична таблице процессов, с той лишь разницей, что она отслеживает лишь характеристики потоков, такие как счетчик команд, указатель вершины стека, регистры, состояние и т. п. Когда поток переходит в состояние готовности или блокировки, вся информация, необходимая для повторного запуска, хранится в таблице потоков подобному тому, как в ядре хранится информация о процессах в таблице процессов.

Когда поток, ожидая окончания действия другого потока в том же процессе, делает нечто, что может привести к локальной блокировке, он вызывает процедуру системы поддержки исполнения программ. Процедура проверяет необходимость блокирования потока. В этом случае процедура сохраняет регистры потока в таблице потоков, ищет в таблице поток, готовый к запуску, и загружает его сохраненные значения в регистры машины. Как только указатель стека и счетчик команд переключены, работа нового потока возобновляется автоматически. Если у процессора есть команда, позволяющая за одну инструкцию сохранить все регистры, и еще одна, чтобы загрузить их все заново, переключение потоков может быть выполнено с помощью очень небольшого количества инструкций. Такое переключение потоков по крайней мере на порядок быстрее, чем переключения в режим ядра, и является серьезным аргументом в пользу управления потоками в пространстве пользователя.

Преимущества:

● Процедура, сохраняющая информацию о потоке, и планировщик являются локальными процедурами, и их вызов существенно более эффективен, чем вызов ядра. Не требуются прерывание, переключение контекста, сохранение кэша и т. п., что существенно ускоряет переключение потоков.

● Они позволяют каждому процессу иметь собственный алгоритм планирования.

● Эти приложения лучше масштабируются.

Недостатки:

● Проблема реализации блокирующих системных запросов.

● Ошибка из-за отсутствия страницы.

● При запуске одного потока ни один другой поток не будет запущен, пока первый поток добровольно не отдаст процессор.

● Программисты хотят использовать потоки именно в тех приложениях, в которых потоки часто блокируются, например в многопоточном web-cepвepe.