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。

总结：

Solaris作为多线程，多进程型的操作系统，其关于线程实现机制方面一直是业界领先的，了解solaris的多线程实现机制不但能够帮助我们充分理解操作系统对多线程的控制原理，而且对多线程程序的编写技巧的提高也有很大启发。