2.2.5　在内核中实现线程

现在我们研究内核了解和管理线程的情形。如图2-16b所示，此时不再需要运行时系统了。另外，每个进程中也没有线程表。相反，在内核中有用来记录系统中所有线程的线程表。当某个线程希望创建一个新线程或撤销一个已有线程时，它进行一个系统调用，这个系统调用通过对线程表的更新完成线程创建或撤销工作。

内核的线程表保存了每个线程的寄存器、状态和其他信息。这些信息和在用户空间中（在运行时系统中）的线程是一样的，但是现在保存在内核中。这些信息是传统内核所维护的每个单线程进程信息（即进程状态）的子集。另外，内核还维护了传统的进程表，以便跟踪进程的状态。

所有能够阻塞线程的调用都以系统调用的形式实现，这与运行时系统过程相比，代价是相当可观的。当一个线程阻塞时，内核根据其选择，可以运行同一个进程中的另一个线程（若有一个就绪线程）或者运行另一个进程中的线程。而在用户级线程中，运行时系统始终运行自己进程中的线程，直到内核剥夺它的CPU（或者没有可运行的线程存在了）为止。

广告：个人专属 VPN，独立 IP，无限流量，多机房切换，还可以屏蔽广告和恶意软件，每月最低仅 5 美元

由于在内核中创建或撤销线程的代价比较大，某些系统采取“环保”的处理方式，回收其线程。当某个线程被撤销时，就把它标志为不可运行的，但是其内核数据结构没有受到影响。稍后，在必须创建一个新线程时，就重新启动某个旧线程，从而节省了一些开销。在用户级线程中线程回收也是可能的，但是由于其线程管理的代价很小，所以没有必要进行这项工作。

内核线程不需要任何新的、非阻塞系统调用。另外，如果某个进程中的线程引起了页面故障，内核可以很方便地检查该进程是否有任何其他可运行的线程，如果有，在等待所需要的页面从磁盘读入时，就选择一个可运行的线程运行。这样做的主要缺点是系统调用的代价比较大，所以如果线程的操作（创建、终止等）比较多，就会带来很大的开销。

虽然使用内核线程可以解决很多问题，但是不会解决所有的问题。例如，当一个多线程进程创建新的进程时，会发生什么？新进程是拥有与原进程相同数量的线程，还是只有一个线程？在很多情况下，最好的选择取决于进程计划下一步做什么。如果它要调用exec来启动一个新的程序，或许一个线程是正确的选择；但是如果它继续执行，则应该复制所有的线程。

另一个话题是信号。回忆一下，信号是发给进程而不是线程的，至少在经典模型中是这样的。当一个信号到达时，应该由哪一个线程处理它？线程可以“注册”它们感兴趣的某些信号，因此当一个信号到达的时候，可把它交给需要它的线程。但是如果两个或更多的线程注册了相同的信号，会发生什么？这只是线程引起的问题中的两个，但是还有更多的问题。