操作系统用户态内核态线程同步_数据

1.计算机系统中有两类程序:系统程序和应用程序。为了保证系统程序不被应用程序破坏,为计算机设置了两种状态:内核态和用户态。

内核态运行的程序可以访问计算机的任何资源不受限制。

用户态运行的程序可以直接读取用户程序的数据。

运行在用户态的程序不能直接访问操作系统内核的数据结构和程序。系统调用是给用户提供接口、用于调用操作系统的服务。涉及到计算机资源的操作都需要系统调用。

包括: 1.设备管理:完成设备的请求/释放和设备的启动

2.文件管理:完成文件的创建、读写和删除。

3.进程控制:完成进程的创建、阻塞、唤醒、撤销。

4.内存管理:完成内存的分配、回收。

用户态切换到内核态:中断、异常和系统调用。

内核态切换到用户态:设置程序状态字。

中断:外部设备事件引起的中断,如磁盘中断、打印机中断。

异常:CPU内部事件引起的中断,如地址越界、非法指令。

2.多个线程访问同一数据时,容易出现线程安全问题(如多个线程操作同一数据导致数据不一致),因此采用同步机制解决这些问题。

线程同步机制:

(1.临界区:临界资源是一次仅允许一个线程使用的共享资源。每个线程中访问临界资源的那段代码称为临界区,每次只允许一个线程进入临界区,进入后,不允许其他线程进入。

(2.互斥量:又称互斥锁,用来保证共享数据操作的完整性。每个对象都对应于一个互斥锁标记,任意时刻只能有一个线程访问该对象。

(3.信号量:允许多个线程在同一时刻去访问同一个资源,但需要限制同一时刻访问该资源的最大线程数。

(4.事件:通过通知操作的方式保持多线程同步,允许一个线程处理完一个任务后,主动唤醒另外一个线程执行任务。

3.用户线程:不需要内核支持,在用户程序中实现,不依赖操作系统核心,不需要用户态/内核态切换,速度快,操作系统内核不知道多线程的存在,一个线程阻塞将使得整个进程阻塞。创建、切换和销毁线程的代价比内核线程少得多。

内核线程:由操作系统内核创建和撤销。内核维护进程及线程的上下文信息以及线程切换。一个内核线程由于I/O操作而阻塞,不会影响其他线程的运行。