学习了用户态和内核态，用户态和内核态是内存中完全隔离的两个区域：

  • 内核空间（Kernal Space），这个空间只有内核程序可以访问；
  • 用户空间（User Space），这部分内存专门给应用程序使用。

用户态想要执行系统调用调用时，需要切换到内核态执行

用户态线程

用户态线程也称作用户级线程（User Level Thread）。操作系统内核并不知道它的存在，它完全是在用户空间中创建。

用户级线程有很多优势，比如。

  • 管理开销小：创建、销毁不需要系统调用。
  • 切换成本低：用户空间程序可以自己维护，不需要走操作系统调度。

但是这种线程也有很多的缺点。

  • 与内核协作成本高：比如这种线程完全是用户空间程序在管理，当它进行 I/O 的时候，无法利用到内核的优势，需要频繁进行用户态到内核态的切换。
  • 线程间协作成本高：设想两个线程需要通信，通信需要 I/O，I/O 需要系统调用，因此用户态线程需要支付额外的系统调用成本。
  • 无法利用多核优势：比如操作系统调度的仍然是这个线程所属的进程，所以无论每次一个进程有多少用户态的线程，都只能并发执行一个线程，因此一个进程的多个线程无法利用多核的优势。
  • 操作系统无法针对线程调度进行优化：当一个进程的一个用户态线程阻塞（Block）了，操作系统无法及时发现和处理阻塞问题，它不会更换执行其他线程，从而造成资源浪费。

内核态线程

内核态线程也称作内核级线程（Kernel Level Thread）。这种线程执行在内核态，可以通过系统调用创造一个内核级线程。

内核级线程有很多优势。

  • 可以利用多核 CPU 优势：内核拥有较高权限，因此可以在多个 CPU 核心上执行内核线程。
  • 操作系统级优化：内核中的线程操作 I/O 不需要进行系统调用；一个内核线程阻塞了，可以立即让另一个执行。

当然内核线程也有一些缺点。

  • 创建成本高：创建的时候需要系统调用，也就是切换到内核态。
  • 扩展性差：由一个内核程序管理，不可能数量太多。
  • 切换成本较高：切换的时候，也同样存在需要内核操作，需要切换内核态。