计算机操作系统中的线程与超线程技术

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1、万方数据2004年第10期(总第128期)黑龙江交通科技HEILONGJlANGJIAOTONGKEJlNO．10，2004(SumNo．128)计算机操作系统中的线程与超线程技术姚庆，闰林凤(哈尔滨理工大学)摘要：操作系统(operatingSySt咖)是一个管理计算机系统资源、控制程序运行的系统软件。为用户提供了一个方便、安全、可靠的工作环境和界面。作为计算机系统的控制和指挥中心，操作系统是一个软件(S。ftware)，而且是一个系统软件(SySt锄Soft、vare)，它的运行既依赖于计算机系统的硬件(№州愀)，又要管理计算机系统的一切硬件设施。在操作系统运行的过

2、程中，需要硬件强有力的支持，而且有一部分功能是由硬件直接完成的。从这个意义上讲，操作系统又不完全是软件，而是软、硬件结合的有机体，在软硬件的配合下，共同完成操作系统所完成的任务。关键词：计算机操作系统；线程与超线程；技术中图分类号：U495文献标识码：C文章编号：1008—3383(2004)10—0052—021计算机的操作系统不同的操作系统虽然各有自己的特点，但它们也都具有以下四个基本特征。(1)并发(C0ncurrence)并行性和并发性是既相似又有区别的两个概念。并行性是指两个或多个事件在同一时刻发生；而并发性是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环

3、境下，并发性是指宏观上在一段时间内有多道程序在同时运行。但在单处理机系统中，每一时刻仅能执行一道程序，故微观上，这些程序是在交替执行的。应当指出，通常的程序是静态实体(PaSsiveEntity)，它们是不能并发执行的。为使程序能并发执行，系统必须分别为每个程序建立进程。进程，又称为任务，简单的说，是指在系统能独立运行并作为资源分配的基本单位，它是一个活动实体。多个进程之间可以并发执行和交换信息。一个进程在运行时需要一定的资源，如CPu、存储空间及I／O设备等。在操作系统中，引入进程的目的是使程序能并发执行。(2)共享(Sharing)所谓的共享是指系统中的资源可供内存

4、中多个并发执行的进程共同使用。由于资源的属性不同，故多个进程对资源的共享方式也不同，可分为以下两种方式。①互斥共享方式系统中的某些资源如打印机、扫描仪等，虽然它们可以提供给多个进程使用，但在一段时间内却只允许一个访问该资源。当一个进程访问该资源时，其他欲访问该资源的进程必须等待，仅当该进程访问完并释放该资源后，才允许另一进程对该资源进行访问。我们把在一段时间内只允许一个进程访问的资源称为临界资源。．②同时访问方式系统中还有另一类资源，允许在一段时间内由多个进程同时对它进行访问。这里所谓的“同时”往往是宏观的。而在微观上，这些进程可能是交替地对该资源进行访问。并发和共享是

5、操作系统的两个最基本的特征，它们是互为存在的条件。一方面，资源共享是以程序(进程)的并发执行为条件的；若系统不允许程序并发执行，自然不存在资源共享问题。另一方面，若系统不能对资源共享实施有效的管理，则也必将影响到程序的并发执行，甚至根本无法执行。(3)虚拟(Virtual)在操作系统中的所谓“虚拟”，是指通过某种技术把一个物理实体变成若干个逻辑上的对应物。物理实体(前者)是实的，即实际存在的，而后者是虚的，是用户感觉上的东西。如在多道分时系统中，虽然只有一个CPU，但每个终端用户却都认为是有一个CPU在专门为他服务，亦即，利用多道程序技术可以把一台物理上的CPU虚拟为多

6、台逻辑上的CPU，也称为虚处理机。在操作系统中虚拟的实现，主要是通过分时使用的方法。(4)异步性(舡ynch∞nism)在多通道程序环境下，允许多个进程并发执行，但由于资源等原因的限制，通常进程的执行并非“一气呵成”，而是以“走走停停”的方式运行。内存中的每个进程在何时执行，何时暂停，以怎样的速度向前推进，每道程序总共需要多少时间才能完成，都是不可预知的。很可能是先进入内存的作业后完成或后进入内存的作业先完成。或者说，进程是以异步的方式运行的。尽管如此，但只要运行环境相同，作业经多次运行，都会获得相同的结果。近几年，人们又提出了比进程更小的单位——线程；试图用它来提高系

7、统内程序并发执行的程度，从而可进一步提高系统的吞吐量。线程的概念得到了广泛的应用。2线程在操作系统中引入进程的目的，是为了使多个程序并发执行，以改善资源利用率及提高系统的吞吐量；那么在操作系统中再引入线程，则是为了减少程序并发执行时所付出时的空开销，使操作系统具有更好的并发性。为了说明这点，我们扩展上面说过的进程的两个基本属性：(1)进程是一个可拥有资源的独立单位；(2)进程同时又是一个可以独立调度和分派的基本单位。正是由于进程具有这两个基本属性，才使进程成为一个能独立运行的基本单位，从而也就构成了进程并发的基本单位。然而为使程序能并发执