Vlákno je tok jednej sekvencie v rámci procesu. Vlákna sa tiež nazývajú ľahké procesy, pretože majú niektoré vlastnosti procesov. Každé vlákno patrí presne jednému procesu. V operačnom systéme, ktorý podporuje multithreading, môže proces pozostávať z mnohých vlákien. Vlákna však môžu byť účinné iba vtedy, ak je CPU viac ako 1, v opačnom prípade musia dve vlákna prepínať kontext pre tento jeden CPU.

Čo je vlákno v operačných systémoch?

V procese vlákno odkazuje na jednu sekvenčnú aktivitu, ktorá sa vykonáva. tieto aktivity sú tiež známe ako vlákno vykonávania alebo riadenie vlákna. Teraz môže vlákno spustiť akýkoľvek proces operačného systému. môžeme povedať, že proces môže mať viacero vlákien.

Prečo potrebujeme vlákno?

• Vlákna bežia paralelne a zlepšujú výkon aplikácie. Každé takéto vlákno má svoj vlastný stav CPU a zásobník, ale zdieľajú adresný priestor procesu a prostredia.
• Vlákna môžu zdieľať spoločné údaje, takže ich nie je potrebné používať medziprocesová komunikácia . Podobne ako procesy, aj vlákna majú stavy ako pripravené, spustené, zablokované atď.
• Prioritu možno priradiť vláknam rovnako ako procesu a vlákno s najvyššou prioritou je naplánované ako prvé.
• Každé vlákno má svoje Thread Control Block (TCB) . Podobne ako v procese sa pre vlákno vyskytne prepnutie kontextu a obsah registra sa uloží do (TCB). Keďže vlákna zdieľajú rovnaký adresný priestor a zdroje, synchronizácia je potrebná aj pre rôzne aktivity vlákna.

Komponenty vlákien

Toto sú základné komponenty operačného systému.

• Priestor zásobníka
• Registrovať Set
• Počítadlo programov

Typy vlákien v operačnom systéme

Vlákna sú dvoch typov. Tieto sú popísané nižšie.

• Vlákno na úrovni používateľa
• Vlákno na úrovni jadra

aké sú rozmery obrazovky môjho počítača

Nite

1. Vlákna na úrovni používateľa

Vlákno na úrovni používateľa je typ vlákna, ktoré sa nevytvára pomocou systémových volaní. Jadro nemá žiadnu prácu pri správe vlákien na úrovni používateľa. Vlákna na úrovni používateľa môže používateľ jednoducho implementovať. V prípade, že vlákna na úrovni používateľa sú jednoručné procesy, spravuje ich vlákno na úrovni jadra. Pozrime sa na výhody a nevýhody vlákna na úrovni používateľa.

Výhody vlákien na užívateľskej úrovni

• Implementácia vlákna na úrovni používateľa je jednoduchšia ako vlákno na úrovni jadra.
• Prepínač kontextu Vo vlákne na úrovni používateľa je čas kratší.
• Vlákno na úrovni používateľa je efektívnejšie ako vlákno na úrovni jadra.
• Vzhľadom na prítomnosť iba počítadla programov, sady registrov a priestoru zásobníka má jednoduchú reprezentáciu.

Nevýhody vlákien na užívateľskej úrovni

char na reťazec v jazyku Java

• Medzi vláknom a jadrom chýba koordinácia.
• V prípade chyby stránky môže byť celý proces zablokovaný.

2. Vlákna na úrovni jadra

A vlákno na úrovni jadra je typ vlákna, ktoré dokáže ľahko rozpoznať operačný systém. Vlákna na úrovni jadra majú svoju vlastnú tabuľku vlákien, kde sleduje systém. Jadro operačného systému pomáha pri správe vlákien. Jadrové vlákna majú akosi dlhší čas prepínania kontextu. Kernel pomáha pri správe vlákien.

Výhody vlákien na úrovni jadra

• Má aktuálne informácie o všetkých vláknach.
• Aplikácie, ktoré blokujú frekvenciu, majú byť spravované vláknami na úrovni jadra.
• Vždy, keď si nejaký proces vyžaduje viac času na spracovanie, vlákno na úrovni jadra mu poskytne viac času.

Nevýhody vlákien na úrovni jadra

• Vlákno na úrovni jadra je pomalšie ako vlákno na úrovni používateľa.
• Implementácia tohto typu vlákna je o niečo zložitejšia ako vlákno na úrovni používateľa.

Ďalšie informácie nájdete v časti Rozdiel medzi vláknom na úrovni používateľa a vláknom na úrovni jadra .

Rozdiel medzi procesom a vláknom

Primárny rozdiel je v tom, že vlákna v rámci toho istého procesu bežia v zdieľanom pamäťovom priestore, zatiaľ čo procesy bežia v oddelených pamäťových priestoroch. Vlákna nie sú navzájom nezávislé ako procesy, a preto vlákna zdieľajú s inými vláknami svoju sekciu kódu, údajovú sekciu a zdroje OS (ako sú otvorené súbory a signály). Ale ako proces, vlákno má svoje vlastné počítadlo programov (PC) , súpravu registrov a zásobníkový priestor.

Ďalšie informácie nájdete v časti Rozdiel medzi procesom a vláknom .

Čo je to Multi-Threading?

Vlákno je tiež známe ako ľahký proces. Cieľom je dosiahnuť paralelizmus rozdelením procesu do viacerých vlákien. Napríklad v a prehliadač , viaceré karty môžu byť rôzne vlákna. MS Word používa viacero vlákien: jedno vlákno na formátovanie textu, ďalšie vlákno na spracovanie vstupov atď. Ďalšie výhody multithreadingu sú popísané nižšie.

životný cyklus vývoja softvéru

Multithreading je technika používaná v operačných systémoch na zlepšenie výkonu a odozvy počítačových systémov. Multithreading umožňuje viacerým vláknam (t. j. ľahkým procesom) zdieľať rovnaké zdroje jedného procesu, ako je napríklad CPU, Pamäť , a I/O zariadenia .

Jednovláknový vs viacvláknový proces

Výhody vlákna v operačnom systéme

• Schopnosť reagovať : Ak je proces rozdelený do viacerých vlákien, ak jedno vlákno dokončí svoje vykonávanie, jeho výstup môže byť okamžite vrátený.
• Rýchlejšie prepínanie kontextu : Čas prepínania kontextu medzi vláknami je kratší v porovnaní s prepínačom kontextu procesu. Prepínanie kontextu procesov vyžaduje väčšiu réžiu od CPU.
• Efektívne využitie multiprocesorového systému : Ak máme viacero vlákien v jednom procese, môžeme naplánovať viacero vlákien na viacerých procesoroch. Vďaka tomu bude vykonávanie procesu rýchlejšie.
• Zdieľanie zdrojov : Zdroje ako kód, údaje a súbory možno zdieľať medzi všetkými vláknami v rámci procesu. Poznámka: Zásobníky a registre nemožno zdieľať medzi vláknami. Každé vlákno má svoj vlastný zásobník a registre.
• Komunikácia : Komunikácia medzi viacerými vláknami je jednoduchšia, keďže vlákna zdieľajú spoločný adresný priestor. pričom v procese musíme dodržiavať niektoré špecifické komunikačné techniky na komunikáciu medzi týmito dvoma procesmi.
• Vylepšená priepustnosť systému : Ak je proces rozdelený do viacerých vlákien a každá funkcia vlákna sa považuje za jednu úlohu, potom sa počet úloh dokončených za jednotku času zvýši, čím sa zvýši priepustnosť systému.

Často kladené otázky o vlákne v operačnom systéme – často kladené otázky

Aký je stav vlákna v operačnom systéme?

Existujú štyri rôzne stavy vlákna.

• Nový
• spustiteľný
• zablokované
• ukončené

Prečo je vlákno lepšie ako proces?

Vlákna vyžadujú menej zdrojov, zatiaľ čo proces vyžaduje viac zdrojov. preto je vlákno lepšie ako proces.

Prečo je multithreading rýchlejší?

Zatiaľ čo procesor počítačového systému vykonáva iba jednu inštrukciu v čase, keď sa používa multithreading, rôzne vlákna z niekoľkých aplikácií sa vykonávajú tak rýchlo, že sa zdá, že programy bežia súčasne.