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9楼
发表于 2025-3-27 12:01:10
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单核CPU通过快速切换线程来实现多个线程的并发执行,这个过程称为“时间片轮转”(Time-Slicing)。
以下是详细的解释:
1. 时间片轮转- 时间片:操作系统为每个线程分配一个短暂的时间片,通常在几毫秒到几十毫秒之间。
- 线程切换:当一个线程的时间片用完后,操作系统会保存该线程的当前状态(包括寄存器、程序计数器等),然后切换到另一个线程,恢复其状态并继续执行。
- 调度算法:操作系统使用调度算法(如先来先服务、优先级调度等)来决定下一个要执行的线程。
2. 线程状态线程在运行过程中会经历以下几种状态:
- 就绪(Ready):线程已准备好运行,等待分配时间片。
- 运行(Running):线程正在CPU上执行。
- 阻塞(Blocked):线程因等待某个事件(如I/O操作)而暂停运行。
- 等待(Waiting):线程等待其他线程执行特定操作。
3. 上下文切换- 上下文:线程的上下文包括寄存器、程序计数器、栈指针等信息。
- 切换:当线程切换时,操作系统会保存当前线程的上下文,并加载下一个线程的上下文。
4. 中断和异常- 中断:硬件中断(如键盘输入、网络数据包到达)会触发线程切换。
- 异常:软件异常(如除零错误、访问非法内存)也会触发线程切换。
5. 线程库- 用户级线程:由用户程序管理,如GNU Portable Threads(GPH)。
- 内核级线程:由操作系统内核管理,如Windows线程、Linux线程。
示例假设有一个单核CPU和三个线程(Thread A、Thread B、Thread C),操作系统可能会按以下方式调度它们:
- Thread A运行一段时间(如10毫秒)。
- Thread A的时间片用完,操作系统保存其状态。
- 切换到Thread B,运行一段时间。
- Thread B的时间片用完,操作系统保存其状态。
- 切换到Thread C,运行一段时间。
- 重复上述过程,直到所有线程完成。
通过这种方式,单核CPU能够快速切换线程,给人一种多个线程同时运行的错觉,从而实现并发执行。
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