程序最近有些煩惱，整日愁眉苦臉的，拜訪記憶體的時候也有點心不在焉。

記憶體是個明眼人，開門見山的問道：“程序啊，最近遇到啥問題了？我看你最近情緒有點低落，有啥問題你就直接說出來嘛，我讓大家夥兒來一起幫你想想辦法。”

程序嘆了口氣，說道：“唉，最近不是說 CPU 單核頻率到瓶頸了嗎？人類就用多核芯來彌補單核處理器效能的不足，咱們的 CPU 不也升級到四核了嘛。”

“是啊，這是好事啊，現在最多能並行處理 4 個程序，效率比以前高多了，這還不好嗎？”記憶體疑惑的問。

“好是好，可我每次上 CPU 執行的時候，都忍不住去想，要是單核頻率不增加，我總的執行的時間不還是沒有什麼變化嗎？以後的應用程式越來越大，越來越吃 CPU 資源，比如那些大型遊戲程序，在短時間內需要進行大量計算，靠單核撐不住怎麼辦。不談以後，就說說我自己，我也想能夠早點執行完，早點休息啊。”

tobe 注：很明顯單程序的執行時間是變小了的，不過這裡主要強調的是程序佔用 CPU 的時間。

記憶體點點頭，贊同道：“這個問題我倒是沒想到，多核處理器對單個程序確實不大友好。那咱得想辦法讓你能夠同時使用幾個核心。不過我一時間也想不到什麼好辦法，還是和大家一起討論下吧。”

在討論會上，記憶體向大家說明了程序現在遇到的問題。

“一個程序怎麼並行？”程序排程器第一個發出疑問：“我總不能把一個程序放在四個核上吧，這樣不僅毫無意義，還阻礙了其他程序的執行。”

作業系統見多識廣，說：“把程序一次放在幾個核上執行肯定是不可能的，我在想，咱們的目標，其實就是讓多個核心不衝突地幫助一個程序執行嘛。那我們就得把程序「拆開」，然後放在幾個核上。”

作業系統一邊說，一邊畫了張圖：

“你們看，假如說 fun1 和 fun2 這兩個函式互不關聯，我們就可以讓兩個核同時執行他們，這不就做到並行了嗎？”

“你的意思是說把一個程序拆成好幾個程序？”

作業系統搖搖頭：“不是拆成多個程序，程序切換的代價太大了，再說了，這些拆出來的函式，他們是共用一個地址空間的，天生就能夠資料共享，如果拆成程序，我們還得再考慮程序之間的通訊問題，那多麻煩。不過為了跟程序區分，就叫他們「執行緒（Thread）」吧”

程序一驚，要把自己拆成執行緒？那自己不就沒了？趕忙問道：“那我豈不是沒有存在的餘地了？”

程序排程器也慌了：“要是沒了程序，我是不是也要被退休了？”

作業系統趕忙解釋道：你們誤會了，我要拆開的，是程序的執行流，程序不是包含了資源所有權和執行流嗎，資源所有權還是由程序來把控，執行流就分給幾個執行緒，就像這樣：

tobe 注：在程序模型裡，程序擁有對記憶體、I/O 通道、I/O 裝置和檔案等資源的控制權，稱之為「資源所有權」。「執行流」可以看做程序在 CPU 上的執行過程（直觀一點就是高階語言裡的語句）。

程序恍然大悟：“也就是說我仍然是資源的掌控者，那些執行緒就相當於幫我幹活的小弟？”

“沒錯，而且從這種角度看，你本身還是一個單執行緒程序。”

聽了這麼久，記憶體發問了：“建立程序的時候，我要儲存程序 PCB ，那為了建立執行緒，我是不是還得建立一個 TCB（Thread Control Block）？”

“當然了，執行緒切換需要的資訊就得存在 TCB 裡面。不過你放心，TCB 要比 PCB 小得多，所以執行緒切換會比程序切換快很多。”

大家聽完，紛紛覺得「執行緒」這個模型完美的解決了當前的問題，說道：“要不我們現在就在作業系統裡添上執行緒模型吧，早點解決程序的問題。”

但是作業系統面露難色，說：“執行緒模型只是我們的一個假想，貿然加進來的話，可能會出問題，系統崩潰可就不好了，還是要以穩定為主。。。但這個模型還是得試的，要不我們先建立一個執行緒庫，靠一個使用者級別的應用程式——執行緒排程器來管理這些執行緒吧。”

程序不解的問：“可是這樣的話，我還是被分配在一個單獨的核心上啊，即使是多執行緒，也只能在單核上執行。再說了，如果這些執行緒裡有一個被阻塞，在你看來，是整個程序阻塞了，那其他執行緒，即使是就緒態，也得不到 CPU 資源。”

作業系統仔細想了下，說：“沒辦法，使用者級執行緒確實有這兩個缺點，但相比起讓核心來實現執行緒，使用者級執行緒也有他的好處——執行緒切換不需要我進行狀態轉換（從使用者態到核心態），開銷小，除此之外，執行緒庫可以有多個排程演算法，能夠為應用程式量身定做排程演算法。”

tobe 注：有一種解決執行緒阻塞的方案叫 jacketing，他可以把一個產生阻塞的系統呼叫轉化成一個非阻塞的系統呼叫，比如說，不直接呼叫系統級的 I/O 例程，而是讓執行緒呼叫應用級的 I/O jacket 例程，這個 jacket 例程會檢查 I/O 裝置是否忙，如果忙的話，就不執行 I/O 操作，轉而排程其他執行緒，避免了因等待 I/O 裝置而造成的程序阻塞。

使用者級執行緒很快投入使用，Linux系統中的 pthread（POSIX thread）庫可以說是大獲成功，作業系統做出了一項重大決定——支援核心級執行緒。

核心級執行緒解決了程序並行的問題，除此之外，由於核心看得到執行緒的存在，一個執行緒阻塞了，位於同一個程序中的其它執行緒仍然能夠執行。

並行的問題解決了，程序表示自己十分開心。

希望你在看完我的文章之後有所收穫。

感謝你的閱讀，我們後會有期！

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