# OS筆記-Chapter 4: Threads

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#### 目錄
* 總論
[Chapter 1: Introduction](https://hackmd.io/NoZq3J7IQvOQpcbo_tctjA)
[Chapter 2: Operating-System Structures](https://hackmd.io/OKykRLBESI6v9a13HgS35A)
* 行程管理
[Chapter 3: Processes](https://hackmd.io/HOqN-iQ3RIKIC-NB9QjBIQ)
<font color="red">Chapter 4: Threads</font>
[Chapter 5: CPU Scheduling](https://hackmd.io/IT5g2wHzTdOtMSDXPVEpOw)
[Chapter 6: Process Synchronization](https://hackmd.io/rv-PNe3ESxi08PElyUTc4Q)
[Chapter 7: Deadlocks](https://hackmd.io/Uu0jDK-rSyKNKq690y146g)
* 記憶體管理
[Chapter 8: Main Memory](https://hackmd.io/4KS_yPkBQzGZfHDisPciog)
[Chapter 9: Virtual Memory](https://hackmd.io/yirxZFn8Rz2wT56AAR7Sxw)
* 儲存裝置
[Chapter 10: File-System Interface](https://hackmd.io/aNPWKsFhTlGc-WFgQ__KRg)
[Chapter 11: File System Implementation](https://hackmd.io/bFcrlmefQsGp6hZdbI1MHQ)
[Chapter 12: Mass-Storage Systems](https://hackmd.io/9Y7Qo0OERda6htK7OOI36Q)
[Chapter 13: I/O Systems](https://hackmd.io/VNwXrhJPSo-l_t9tUBhYIg)
* 保護和安全
[Chapter 14: Protection](https://hackmd.io/izkd4JwXRwub_ZmhSMTlNw)
[Chapter 15: Security](https://hackmd.io/ofyvDidvQf-PxLMMZYhtsg)
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### 概論
* 執行緒是CPU使用時的一個基本單位，它是由一個執行緒ID、程式計數器、一組暫存器、一個堆疊空間組成。它和屬於同一行程的其它執行緒共用程式碼區域、資料區域、作業系統資源


* 如果一個網頁伺服器只有一個執行緒，它一次只能服務一個客戶，客戶的等待時間就會很長。
* 當伺服器收到一項要求時，它就會產生一個個別的行程去服務該要求
* 行程的產生是費時且耗費資源的
* 讓一個行程包含許多執行緒來達到相同的目的，比較有效率

* 現在大部份的作業系統是多執行緒

* 多執行緒的好處
* 應答(Responsiveness):當部分的程式被暫停或執行冗長的操作時，允許應用程式保持對使用者的回應
* 資源分享(Resource Sharing):共享資源，比共享記憶體或訊息傳遞還容易
* 經濟(Economy):產生和內容交換都比形成還要經濟
* 可擴展性(Scalability):多執行緒可以並行在多核心處理架構上

### 多核心程式(Multicore Programming)
* 多核心/多處理器(multicore/multiprocessor):無論多個運算核心是在單一或多個CPU晶片上，都稱為多核心/多處理器

* 並行(concurrency):
* 單運算核心:執行緒隨時間交錯的執行

* 平行(parallelism):
* 多運算核心:可以平行執行(同一時間)

* 多核心程式的挑戰:
* 辨識任務(Dividing activities):找出可以切割成獨立並行的任務
* 平衡(Balance):評估任務是否值得使用一個獨立的核心(任務對行程貢獻不同)
* 資料分割(Data splitting):資料必須被分割才能在個別的核心執行
* 資料相依(Data dependency):確認兩個或多個任務間的資料相依性
* 測試與偵錯(Testing and debugging)

* Amdahl’s Law
* S is serial portion
* N processing cores
* 當core數(N)趨近於無窮大時，加速會收斂到1/S

* 平行的類型
* 資料平行(Data parallelism):強調分配同一筆資料的子集合到多個核心運算，例如:(1+2+...+N)分成(1+2+...+N/2-1)與(N/2+....+N)
* 任務平行(Task parallelism):將多個執行緒分配給核心，執行不同的任務

### 多執行緒模式(Multithreading Models)
* 使用者執行緒(User Threads):使用者層次

* 核心執行緒(Kernel Threads):由作業系統支援管理

* 多對一(Many-to-One):
* 一個呼叫暫停，整個行程暫停
* 不能平行

* 一對一(One-to-One):
* 產生核心執行緒的負擔可能造成應用程式的性能上的負擔

* 多對多(Many-to-Many):

* 二層模式(two-level model):
* 類似多對多，但允許使用者執行緒被綁到一個核心執行緒