Tópicos da primeira categoria

As threads da primeira categoria (ULT) são suportadas pela aplicação, sem conhecimento do núcleo e geralmente são implementadas por pacotes de rotinas (códigos para criar, terminar, escalonamento e armazenar contexto) fornecidas por uma determinada biblioteca de uma linguagem, como é o caso da thread.h (biblioteca padrão da linguagem C). Estas threads suportam as mesmas operações que as threads KLT (criar, sincronizar, duplicar e abortar). Possuem como vantagens a possibilidade de implementação em sistemas operativos que não suportam nativamente este recurso, sendo geralmente mais rápidas e eficientes pois dispensam o acesso ao núcleo. Evita assim mudança no modo de acesso, e a estrutura de dados fica no espaço do utilizador, levando a uma significativa queda de overhead, além de poder escolher entre as diversas formas de escalonamento em que melhor se adequa.

A gestão da thread (KLT) não é realizada através do código do próprio programa; todo o processo é subsidiado pelo SO. Esse modelo tem a vantagem de permitir o suporte a multiprocessamento e o facto do bloqueio de uma linha de execução não acarretar bloqueio de todo processo, não obstante, temos a desvantagem de ter que mudar o tipo de acesso sempre que o escalonamento for necessário, aumentando assim o tão temido overhead.

Há quatro operações básicas na gestão de threads: criar, terminar, thread join e thread yield.

Criar (thread creation)

Basicamente uma thread pode criar outra(s), sendo que depois essas mesmas threads são executas 'simultaneamente'. A thread criadora é a thread-mãe e a thread criada é a thread-filho. Threads incluídas na função main quando executadas podem criar threads-filho. No diagrama a seguir há a thread A que executa inicialmente. Mais tarde é criada a thread B indicada no ponto amarelo. Depois de criadas, a thread A e thread B executam simultaneamente. Em seguida a thread A pode criar uma ou mais threads (por exemplo uma thread C). Depois de criada a thread C, há três threads executando simultaneamente e todas disputam o uso da CPU. Entretanto, a thread que pode ser executada a qualquer momento não é de conhecimento da CPU.

Terminar (thread termination)

Para maioria dos casos, as threads não são criadas e executadas eternamente. Depois de terminado o seu objectivo, a thread termina. No facto, a thread que criou estas duas threads-filho termina também, porque sua tarefa atribuída se completa. Na matrix de multiplicação (matrix multiplication), uma vez que o valor de C[i,j] é computado, a thread correspondente termina. Em geral quando a tarefa atribuída a thread completa, a thread pode ser terminada. Além disso, se a thread-mãe terminar, todas as threads filho terminam também. Porque isso é importante? Isso é importante porque as threads-filho compartilham recursos com a thread-mãe, incluindo variáveis. Quando a thread-mãe termina, todas as variáveis são perdidas e a thread-filho não poderá aceder aos recursos que a thread-mãe possuia. Assim, se a thread-mãe terminar mais cedo que a thread-filho haverá um problema! Uma thread pode terminar das seguintes maneiras:

Retornando da sua rotina mais externa, a thread criadora.

Quando termina a rotina em que foi começada.

Chamando pthread_exit, fornecendo um estado de saída.

Terminando através da função pthread_cancel

Sincronizar(Thread Join)

Imagine a seguinte situação: Você está estudando para uma prova. Então você pede o seu irmão mais novo para comprar uma pizza. Neste caso você é a thread principal e seu irmão a thread-filho. Uma vez que você deu a ordem, você e seu irmão começam a “executar uma tarefa” simultaneamente. Agora há dois casos a se considerar: Primeiro: Seu irmão traz a pizza e termina enquanto você estuda. Nesse caso você pode parar de estudar e comer a pizza. Segundo: Você acaba de estudar mais cedo e dorme e depois a pizza chegará.

A junção de threads (thread join) é destinada para resolver este problema. A thread pode executar o thread join e aguardar até a outra thread terminar. No caso acima, você é a thread principal (thread main) e deve executar o thread joinaguardando o seu irmão (thread-filho) terminar. Em geral o thread join é utilizado para a thread-mãe se sincronizar com uma das threads-filho.

Thread Yield (Rendimento da thread)

Suponha que você executa um certo número de programas o tempo todo no computador. Isso é possível devido a CPU escalonar pouco a pouco outros ciclos da CPU, assim outros programas podem ser executados. Isso pode ser um problema de política de planeamento do Sistema Operativo. Entretanto, quando escrevemos programas com múltiplas threads, temos que fazer correctamente para que algumas threads não ocupem a CPU eternamente, ou por um tempo muito longo sem abandoná-lo. Senão terminar na situação acima quando uma ou duas threads executam enquanto outras simplesmente esperam para retornar. Liberamos espaço na memória graças a thread yield. Quando a thread executa o thread yield, a execução da thread é suspensa e a CPU passa para uma outra thread em execução. Essa thread aguardará até a CPU tornar-se disponível novamente.

Escalonamento[editar código-fonte]

Da mesma forma que os processos sofrem escalonamento, as threads também têm a mesma necessidade. Quando vários processos são executados em uma CPU, eles dão a impressão que estão sendo executados simultaneamente. Com as threads ocorre o mesmo, elas esperam até serem executadas. Como esta alternância é muito rápida, há impressão de que todas as threads são executadas paralelamente.

Linha de execução ao nível do usuário

As ULT são escalonadas pelo programador, tendo a grande vantagem de cada processo usar um algoritmo de escalonamento que melhor se adapte a situação, o sistema operacional neste tipo de thread não faz o escalonamento, em geral ele não sabe que elas existem. Neste modo o programador é responsável por criar, executar, escalonar e destruir a thread. Um exemplo prático de processo chamado P1 que contém tais threads: P1T1, P1T2 e P1T3, quando o sistema operacinal da a CPU para o processo P1 cabe a ele destinar qual thread será executada, caso esta thread use todo processo do quantum, o sistema operacional chamará outro processo, e quando o processo P1 voltar a executar, P1T1 voltará a ser executada e continuará executando até seu término ou intervenção de P1, este comportamento