Solaris线程模型详解

计算机中正在执行的程序称为进程，进程中单一顺序的控制流叫做线程，进程是资源管理的最小单位，线程是程序执行的最小单位。在操作系统设计上，从进程演化出线程，最主要的目的就是利用线程共享同一地址空间的特点，更好的支持对称多处理（SMP）以及减小（进程/线程）上下文切换开销。

Solaris是Sun公司开发和发布的一种现代操作系统，是UNIX系统的一个重要分支，下面就其内部的线程模型做一些介绍和讨论。

Solaris线程模型的设计目标：

主要有四个方面：

①．能够描述各种情况下的线程间工作机制

②．支持代价尽可能小的线程

③．既支持单CPU实现，又支持多CPU实现

④．保持对现有UNIX版本的兼容性

Solaris线程模型的实现方法：

线程库的高级内核具有多处理及多线程特性，因此Solaris提供了大量的用户级线程库，其使用了一种两层的线程库模型：在高层是用户线程，而底层则是轻量级进程(LWP)。

LWP其实就是内核线程，是Solaris中真正的可调度实体。内核只关心LWP，而不关心用户线程。

用户线程由线程库管理，线程库支持用户线程及LWP之间的一到一、多到多、多到一映射，并且用线程库管理用户线程与LWP池之间的映射关系及用户线程的调度。

Solaris有两种用户线程: 绑定线程（bound threads）和未绑定线程(unbound threads)。一个绑定线程就是用户线程与LWP之间的一一映射，一个未绑定线程则没有一个固定对应的LWP。在一个进程中，线程库在LWP池上对用户线程进行调度。其结构图如下：

对以上两者进行比较，未绑定进程由线程库来实现用户线程获得LWP的调度，而不需要内核的参与，这种方式的线程上下文切换比较快，并且更节省内核资源，solaris根据一定的策略提供一个LWP池，供上面更多的线程分享。

绑定线程和LWP是一对一关系，因此实时调度性要好，但是由于内核的加入，比较浪费资源。绑定线程比起非绑定线程的开销要大。因为绑定线程可以改变它所在的LWP的属性，LWP在绑定线程退出后不会被缓存，在新的绑定线程生成时，操作系统将提供一个新的LWP。仅仅在线程需要只有在所在的LWP内可用的资源时（例如虚拟的定时器或者一个指定的堆栈），或者为了实现实时调度而必须使线程对于内核可见的场合下，才需要使用绑定线程。

Solaris对线程的控制与同步：

内核根据LWP的调度类型和优先级对它们进行调度。进程建立时有一个初始LWP被建立，并且继承父进程的调度类型和优先级。一般来说，绑定的用户线程继承底层的LWP调度类型和优先级，而未绑定的则继承父进程的调度类型和优先级。

Solaris内核使用一种抢先的基于优先级的调度机制，高优先级的LWP比低优先级的LWP先执行。Solaris线程库使用优先级对用户线程在LWP池上进行调度，每次选择一个LWP执行已经就绪的用户线程。如果某LWP因无限等待而阻塞，线程库则将其对应的用户线程的上下文保存起来，并分派另一个用户线程到该LWP上执行。线程库通常建立足够多的LWP，以保证进程不发生”饥饿”。

线程的同步用于共享数据，转换和控制线程执行，保证程序安全。Solaris支持4种线程的同步原语,分别是互斥锁,信号量,多读进程单写进程锁,条件变量。

内核级线程和用户级线程都具有这些原语操作。一条原语执行时创建一个包含线程信息的数据结构，对每个同步对象只能执行加锁和解锁两项操作，但内核和线程库没有提供防死锁机制。