进程与线程
为什么要引入进程和线程的问题呢？
综述
一项新概念的引入一般都是为了更好的描述或构建一个新的体系。进程与线程也不外乎如此。
进程是在多道程序系统中引入，但直到目前为止，进程的定义也未能完全统一。而线程则出现的较晚，但却是弥补了进程的一些缺陷，所以线程又名轻进程。
进程
关于进程这一概念的解释有很多种，但这些解释都具有同一个特性——强调程序的执行，即进程所具有的一种动态特性，这是进程与程序间本质上的差异。
进程与程序的区别：
- 程序是静态的，进程是动态的。
- 程序可通过存储介质长期保存，进程具有生命周期。
- 程序和进程是一对多的关系，而进程和程序确只能是一对一。
关于进程，我们做出如下讨论。
进程的类型
- 系统进程：也称守护进程，一个系统进程所完成的任务是相对独立和具体的，其优先级高于用户进程。
- 用户进程：在操作系统之上运行的所有应用程序都称为用户进程。
无论是系统进程还是用户进程，都具有：
并发性，动态性，独立性，交互性，异步性，结构性等几大特性。
注意：进程是调度的基本单位
进程的状态
基本状态有三种：
- 运行态(Run)：进程占有处理器资源，正在运行。
- 就绪态(Ready)：进程等待处理器资源，已具备运行条件。
- 等待态(Wait)：不具备运行条件。
进程状态转换：
运行->就绪：剥夺进程所占有的处理器资源（也可能是进程正常执行结束）。
运行->等待：等待某事件的发生。
就绪->运行：分配进程处理器资源。
就绪->等待：不存在。
等待->就绪：进程所等待的事件以发生，当前正在等待处理器资源。
等待->运行：不存在。
NOTE：
非抢占式调度，不存在运行->就绪的状态转换。
处理器调度算法对于进程的状态转换具有直接的影响，如上所述即为一种情况。
进程的组成
进程控制块（PCB）
进程控制块是标志进程存在的数据结构（对用户透明），在其中包含系统对进程管理所需要的全部信息。
PCB中所包含的信息数量与系统规模，功能成正相关关系。
建立进程->建立PCB
撤销PCB->撤销进程
程序
- 代码：不采用绝对地址，采用相对地址。
- 数据：一般包含静态变量，动态堆（保存动态变量）以及动态栈。
进程的管理
进程队列
- 就绪队列：根据调度算法确定，一般来说，整个系统就只有一个。
- 等待队列：与事件个数对等，即每个等待事件有一个等待队列。
- 运行队列：与处理器个数有关，每个CPU有一个。
创建与撤销
- 创建：
- 建立一个进程控制块
- 初始化该进程控制块
- 为该进程分配存储空间
- 加载所要执行的程序
- 将进程控制块送入就绪队列
由父进程创建的子进程是其全盘复制，即子进程除了进程号与父进程不一致外，其他均相同。
- 撤销：
- 撤销进程的内存分配
- 撤销进程控制块
- 通知父进程
进程的撤销的原因可以是正常执行结束，也可以是进程执行是发生错误而结束。
进程间关系
逻辑关系：
- 相关进程： 具有逻辑联系
- 无关进程：无任何逻辑联系
相互作用：
- 直接相互作用： 不需要第三方而发生相互作用
只能发生在相关进程之间。
- 间接相互作用： 需要第三方才能发生作用
线程
线程与进程相类似，所以又成线程为轻进程，但线程是进程内的一个相对独立的执行流，即一个线程包含多个线程。
进程内的多个线程执行同一程序中相同或不同代码段，共享数据区和堆。
进程是资源的分配单位，线程是CPU的调度单位。
线程的结构
线程控制块（TCB）
TCB中内容较少，因为大多数内容是记录在进程中。
线程的实现方式决定TCB的归属。
TCB归属：操作系统空间，用户进程空间。
线程实现
-
核心级别线程(KLT)
- 并发行好
- 真正并行
- 系统开销大
- 进程状态不具有实际意义
-
用户级别线程(ULT)
- 灵活
- 实现效率高
- 不能实现并行
-
混合线程
引入多线程
当一个应用中进程间的功能有所重叠（如具有相同的代码和数据），此时如果采用多进程的方式，那么对于系统来说，系统开销是非常巨大的。
所以多线程的引入成为了必需：
- 同一进程的多个线程间可共享内存，合作完成某项功能。
- 同一进程的多个线程间切换速度快。
- 提高处理器与设备之间的并行性。
- 多处理器环境下，多线程可并行执行（不同进程）。
只有当同一进程中的多个线程具有相同代码和数据，或者这些线程之间是合作（执行代码不同部分）的，或者是同构（执行相同代码）。才可以采用多线程处理模式。
小结
程序是进程的组成部分，进程是为了执行对应的程序而存在的，如此可知没有程序，进程也失去了讨论的意义。
而没了进程，线程也就不复存在了。
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