作業(yè)、進(jìn)程、線程

標(biāo)簽： web互聯(lián)網(wǎng)youtube創(chuàng)業(yè)myspace 2007-12-01 17:00 6056人閱讀 評(píng)論(2) 收藏 舉報(bào) 分類： 操作系統(tǒng)（4）

版權(quán)聲明：本文為博主原創(chuàng)文章，未經(jīng)博主允許不得轉(zhuǎn)載。

目錄(?)[+]

1. 基本概念

線程，進(jìn)程是什么？要理解兩者概念，須要先了解一下操作系統(tǒng)的一些相關(guān)概念。

任務(wù)調(diào)度：

大部分操作系統(tǒng)(如Windows、Linux)的任務(wù)調(diào)度是采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的搶占式調(diào)度方式，也就是說一個(gè)任務(wù)執(zhí)行一小段時(shí)間后強(qiáng)制暫停去執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)輪流執(zhí)行。任務(wù)執(zhí)行的一小段時(shí)間叫做時(shí)間片，任務(wù)正在執(zhí)行時(shí)的狀態(tài)叫運(yùn)行狀態(tài)，任務(wù)執(zhí)行一段時(shí)間后強(qiáng)制暫停去執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)，被暫停的任務(wù)就處于就緒狀態(tài)等待下一個(gè)屬于它的時(shí)間片的到來。這樣每個(gè)任務(wù)都能得到執(zhí)行，由于CPU的執(zhí)行效率非常高，時(shí)間片非常短，在各個(gè)任務(wù)之間快速地切換，給人的感覺就是多個(gè)任務(wù)在“同時(shí)進(jìn)行”，這也就是我們所說的并發(fā)(別覺得并發(fā)有多高深，它的實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜，但它的概念很簡(jiǎn)單，就是一句話：多個(gè)任務(wù)同時(shí)執(zhí)行)。多任務(wù)運(yùn)行過程的示意圖如下：

操作系統(tǒng)中的任務(wù)調(diào)度

作業(yè)：用戶在一次解決或是一個(gè)事務(wù)處理過程中要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所做的工作的集合，它包括用戶程序、所需要的數(shù)據(jù)集控制命令等。作業(yè)是由一系列有序的步驟組成的。作業(yè)的完成要經(jīng)過作業(yè)提交、作業(yè)收容、作業(yè)執(zhí)行和作業(yè)完成4個(gè)階段。在執(zhí)行一個(gè)作業(yè)可能會(huì)運(yùn)行多個(gè)不同的進(jìn)程。

進(jìn)程：程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集上的一次運(yùn)行過程。是操作系統(tǒng)資源分配的基本單位。

?????????? 在Windows下,進(jìn)程又被細(xì)化為線程,也就是一個(gè)進(jìn)程下有多個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的更小的單位.? 進(jìn)程還擁有一個(gè)私有的虛擬地址空間，該空間僅能被它所包含的線程訪問。

線程：是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，是被操作系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和執(zhí)行的基本單位。一個(gè)進(jìn)程包含一個(gè)或多個(gè)線程。

????????????? 線程只能歸屬于一個(gè)進(jìn)程并且它只能訪問該進(jìn)程所擁有的資源。當(dāng)操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程后，該進(jìn)程會(huì)自動(dòng)申請(qǐng)一個(gè)名為主線程或首要線程的線程。主線程將執(zhí)行運(yùn)行時(shí)宿主, 而運(yùn)行時(shí)宿主會(huì)負(fù)責(zé)載入CLR。

簡(jiǎn)單總結(jié)：

作業(yè)是向計(jì)算機(jī)提交任務(wù)的任務(wù)實(shí)體，

而進(jìn)程是執(zhí)行實(shí)體，是資源分配的基本單位，

線程是處理機(jī)調(diào)度的基本單位。

??

2. 進(jìn)程

? ? ? ?我們都知道計(jì)算機(jī)的核心是CPU，它承擔(dān)了所有的計(jì)算任務(wù)；而操作系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的管理者，它負(fù)責(zé)任務(wù)的調(diào)度、資源的分配和管理，統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)計(jì)算機(jī)硬件；應(yīng)用程序側(cè)是具有某種功能的程序，程序是運(yùn)行于操作系統(tǒng)之上的。

? ? ? ? ?

2.1 進(jìn)程的概念主要有兩點(diǎn)：

??????? 第一，進(jìn)程是一個(gè)實(shí)體。每一個(gè)進(jìn)程都有它自己的地址空間，一般情況下，包括文本區(qū)域（text region）、數(shù)據(jù)區(qū)域（data region）和堆棧（stack region）。文本區(qū)域存儲(chǔ)處理器執(zhí)行的代碼；數(shù)據(jù)區(qū)域存儲(chǔ)變量和進(jìn)程執(zhí)行期間使用的動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存；堆棧區(qū)域存儲(chǔ)著活動(dòng)過程調(diào)用的指令和本地變量。

?????? 第二，進(jìn)程是一個(gè)“執(zhí)行中的程序”。程序是一個(gè)沒有生命的實(shí)體，只有處理器賦予程序生命時(shí)，它才能成為一個(gè)活動(dòng)的實(shí)體，我們稱其為進(jìn)程。

進(jìn)程是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集上的一次動(dòng)態(tài)執(zhí)行的過程，是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位，是應(yīng)用程序運(yùn)行的載體。

2.2 進(jìn)程特征　　

??????? 動(dòng)態(tài)性：進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是程序在多道程序系統(tǒng)中的一次執(zhí)行過程，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)產(chǎn)生，動(dòng)態(tài)消亡的。

　　并發(fā)性：任何進(jìn)程都可以同其他進(jìn)程一起并發(fā)執(zhí)行

　　獨(dú)立性：進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，同時(shí)也是系統(tǒng)分配資源和調(diào)度的獨(dú)立單位；

　　異步性：由于進(jìn)程間的相互制約，使進(jìn)程具有執(zhí)行的間斷性，即進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)

　　結(jié)構(gòu)特征：進(jìn)程由程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊三部分組成。

　　多個(gè)不同的進(jìn)程可以包含相同的程序：一個(gè)程序在不同的數(shù)據(jù)集里就構(gòu)成不同的進(jìn)程，能得到不同的結(jié)果；但是執(zhí)行過程中，程序不能發(fā)生改變。

2.3 進(jìn)程和作業(yè)的區(qū)別

1、作業(yè)是用戶向計(jì)算機(jī)提交任務(wù)的任務(wù)實(shí)體。在用戶向計(jì)算機(jī)提交作業(yè)后，系統(tǒng)將它放入外存中的作業(yè)等待隊(duì)列中等待執(zhí)行。而進(jìn)程則是完成用戶任務(wù)的執(zhí)行實(shí)體，是向系統(tǒng)申請(qǐng)分配資源的基本單位。任一進(jìn)程，只要它被創(chuàng)建，總有相應(yīng)的部分存在于內(nèi)存中。
2、一個(gè)作業(yè)可由多個(gè)進(jìn)程組成，且必須至少由一個(gè)進(jìn)程組成，反過來則不成立。
3、作業(yè)的概念主要用在批處理系統(tǒng)中，像UNIX這樣的分時(shí)系統(tǒng)中就沒有作業(yè)的概念。而進(jìn)程的概念則用在幾乎所有的多道程序系統(tǒng)中

2.4 進(jìn)程和程序的區(qū)別

1、程序是靜態(tài)概念，本身可以作為一種軟件資源保存；而進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過程，是動(dòng)態(tài)概念，它有一定的生命期，是動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生和消亡的。

2、進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的單位，能與其他進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行，進(jìn)程是作為資源申請(qǐng)和調(diào)度單位存在的；而通常的程序段不能作為一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的單位。

3、程序和進(jìn)程無一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。一方面一個(gè)程序可由多個(gè)進(jìn)程共用；另一方面，一個(gè)進(jìn)程在活動(dòng)中又可順序地執(zhí)行若干個(gè)程序。?

2.3 進(jìn)程的狀態(tài)

????? 進(jìn)程執(zhí)行時(shí)的間斷性，決定了進(jìn)程可能具有多種狀態(tài)。事實(shí)上，運(yùn)行中的進(jìn)程可能具有以下三種基本狀態(tài)。

　　1）就緒狀態(tài)（Ready）：

　　進(jìn)程已獲得除處理器外的所需資源，等待分配處理器資源；只要分配了處理器進(jìn)程就可執(zhí)行。就緒進(jìn)程可以按多個(gè)優(yōu)先級(jí)來劃分隊(duì)列。例如，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程由于時(shí)間片用完而進(jìn)入就緒狀態(tài)時(shí)，排入低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列；當(dāng)進(jìn)程由I/O操作完成而進(jìn)入就緒狀態(tài)時(shí)，排入高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。

　　2）運(yùn)行狀態(tài)(Running)：

　　進(jìn)程占用處理器資源；處于此狀態(tài)的進(jìn)程的數(shù)目小于等于處理器的數(shù)目。在沒有其他進(jìn)程可以執(zhí)行時(shí)(如所有進(jìn)程都在阻塞狀態(tài))，通常會(huì)自動(dòng)執(zhí)行系統(tǒng)的空閑進(jìn)程。

　　3）阻塞狀態(tài)(Blocked)：

　　由于進(jìn)程等待某種條件（如I/O操作或進(jìn)程同步），在條件滿足之前無法繼續(xù)執(zhí)行。該事件發(fā)生前即使把處理機(jī)分配給該進(jìn)程，也無法運(yùn)行。

?????????????

??

???????????????????????????????????? 進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

進(jìn)程狀態(tài)五態(tài)模型： 運(yùn)行狀態(tài)(Running)：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程正在處理機(jī)上運(yùn)行時(shí)。 就緒狀態(tài)(Ready)：一個(gè)進(jìn)程獲得了除處理機(jī)之外的一切所需資源，一旦得到處理機(jī)即可運(yùn)行. 等待狀態(tài)又稱阻塞狀態(tài)(Blocked)：一個(gè)進(jìn)程正在等待某一事件而暫停運(yùn)行時(shí)。如等待某資源，等待輸入/輸出完成。 創(chuàng)建狀態(tài)(NEW)：一個(gè)進(jìn)程正在被創(chuàng)建，還沒被轉(zhuǎn)到就緒狀態(tài)之前的狀態(tài)。 結(jié)束狀態(tài)(Exit)：一個(gè)進(jìn)程正在從系統(tǒng)中消失時(shí)的狀態(tài)，這是因?yàn)檫M(jìn)程結(jié)束或由于其他原因所導(dǎo)致。

?

?????????????????????????????????????????????????

??????????????????????????????????????????????????????? 狀態(tài)變化圖

?

2.5 Windows 和linux進(jìn)程

????? 進(jìn)程創(chuàng)建：WINDOWS：WIN32接口，函數(shù)CreateProcess。LINUX：FORK函數(shù)，父子進(jìn)程的區(qū)別PPID和PID。

???????LINUX中的進(jìn)程的含義和WINDOWS中是不一樣的。LINUX中的進(jìn)程本身是可以執(zhí)行的。而WINDOWS中，進(jìn)程只是表示一個(gè)資源的擁有體，是不能執(zhí)行的。要執(zhí)行的話，一定需要一個(gè)線程。這也部分解釋了為什么CreateProcess中為啥一定要傳入要執(zhí)行的文件的名字。LINUX子進(jìn)程直接使用父親的地址空間，只有子進(jìn)程加載一個(gè)新的可執(zhí)行文件的時(shí)候才創(chuàng)建自己的地址空間。也就是很多時(shí)候共享地址空間，有個(gè)函數(shù)（忘了）就是如果決定開始寫入，則將資源拷貝一份；如果此時(shí)突然決定不需要寫入，此時(shí)就能避免系統(tǒng)資源的消耗。

????? 進(jìn)程相對(duì)于WINDOWS中的線程，所以同WINDOWS中的線程創(chuàng)建相比，二者的開銷應(yīng)該差不多。

????? 執(zhí)行：LINUX：exec, WNDOWS：WIN32函數(shù)CreateProcess。

????? 底層：兩者大部分都是C和匯編，在我們看來以為L(zhǎng)INUX全是C，WINDOWS是C++，其實(shí)不然操作硬件的是匯編和C。

??????使用了不少宏定義，簡(jiǎn)化地址運(yùn)算和程序結(jié)構(gòu)，如定義一個(gè)空地址：0x000000表示NULL。

????? 內(nèi)核：

???????????? WINDOWS：相對(duì)穩(wěn)定的API，就是向后兼容，我們總是看到兼容的字眼。升級(jí)方便，過于臃腫。復(fù)雜的繼承關(guān)系，藏得結(jié)結(jié)實(shí)實(shí)的代碼。

???????????? LINUX：不固定的接口，為了更加的技術(shù)化，所以LINUX一直改進(jìn)，很多時(shí)候偏離了桌面用戶。頭文件和執(zhí)行文件也就是一些算法的改進(jìn)和函數(shù)改進(jìn)。如果你看完2.4的內(nèi)核后，再看2.6的內(nèi)核差異不大，但是不少。升級(jí)復(fù)雜，考慮的東西太多。數(shù)不盡的代碼，代碼是寶貴的，又是該死的。

???? 進(jìn)程算法（優(yōu)先級(jí)）：

????????????? LINUX：圖形界面少點(diǎn)，內(nèi)核支持搶占的同時(shí)又支持CFS公平調(diào)度算法。二叉樹、紅黑樹等算法。

????????????? WINDOWS：進(jìn)程假死現(xiàn)象普遍，采用阻塞算法，很多時(shí)候?qū)е虏涣鲿场⒖ㄋ馈，F(xiàn)在win7做了相當(dāng)大的改進(jìn)。算法不清楚，以前阻塞編程的不少。內(nèi)存：基本上兩者差不多，在X86你懂得。

?

?????? WINDOS里的進(jìn)程/線程是繼承自O(shè)S/2的。在WINDOS里，"進(jìn)程"是指一個(gè)程序，而"線程"是一個(gè)"進(jìn)程"里的一個(gè)執(zhí)行"線索"。從核心上講， WINDOS的多進(jìn)程與Linux并無多大的區(qū)別，在WINDOS里的線程才相當(dāng)于Linux的進(jìn)程，是一個(gè)實(shí)際正在執(zhí)行的代碼。但是，WINDOS里同一個(gè)進(jìn)程里各個(gè)線程之間是共享數(shù)據(jù)段的。這才是與Linux的進(jìn)程最大的不同。

下面這段程序顯示了WINDOS下一個(gè)進(jìn)程如何啟動(dòng)一個(gè)線程。

int g;

DWORD WINAPI ChildProcess( LPVOID lpParameter ){

int i;

for ( i = 1; i <1000; i ++) {

g ++;

printf( "This is Child Thread: %d", g );

}

ExitThread( 0 );

};

void main()

{

int threadID;

int i;

g = 0;

CreateThread( NULL, 0, ChildProcess, NULL, 0, &threadID );

for ( i = 1; i <1000; i ++) {

g ++;

printf( "This is Parent Thread: %d", g );

}

}

在WINDOS下，使用CreateThread函數(shù)創(chuàng)建線程，與Linux下創(chuàng)建進(jìn)程不同，WINDOS線程不是從創(chuàng)建處開始運(yùn)行的，而是由 CreateThread指定一個(gè)函數(shù)，線程就從那個(gè)函數(shù)處開始運(yùn)行。此程序同前面的UNIX程序一樣，由兩個(gè)線程各打印1000條信息。 threadID是子線程的線程號(hào)，另外，全局變量g是子線程與父線程共享的，這就是與Linux最大的不同之處。大家可以看出，WINDOS的進(jìn)程/線程要比Linux復(fù)雜，在Linux要實(shí)現(xiàn)類似WINDOS的線程并不難，只要fork以后，讓子進(jìn)程調(diào)用ThreadProc函數(shù)，并且為全局變量開設(shè)共享數(shù)據(jù)區(qū)就行了，但在WINDOS下就無法實(shí)現(xiàn)類似fork的功能了。所以現(xiàn)在WINDOS下的C語言編譯器所提供的庫(kù)函數(shù)雖然已經(jīng)能兼容大多數(shù)Linux/UNIX的庫(kù)函數(shù)，但卻仍無法實(shí)現(xiàn)fork。

對(duì)于多任務(wù)系統(tǒng)，共享數(shù)據(jù)區(qū)是必要的，但也是一個(gè)容易引起混亂的問題，在WINDOS下，一個(gè)程序員很容易忘記線程之間的數(shù)據(jù)是共享的這一情況，一個(gè)線程修改過一個(gè)變量后，另一個(gè)線程卻又修改了它，結(jié)果引起程序出問題。但在Linux下，由于變量本來并不共享，而由程序員來顯式地指定要共享的數(shù)據(jù)，使程序變得更清晰與安全。

至于WINDOS的"進(jìn)程"概念，其含義則是"應(yīng)用程序"，也就是相當(dāng)于UNIX下的exec了。

?

?

2.6 進(jìn)程通信

????? windows的進(jìn)程間的通信方式有:

????? 1.文件映射；2. 共享內(nèi)存（是文件映射的一種特殊情況）；3.郵件槽（mailslot）（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)消息隊(duì)列）; 4.匿名管道；5；命名管道； 6. 剪貼板；7.動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換；8.對(duì)象鏈接與嵌入；9.遠(yuǎn)程過程調(diào)用；10.動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)；11.socket；12.WM_COPYDATA .
???????linux進(jìn)程間通信的方式有：1.管道 2.信號(hào)量 3.共享內(nèi)存 4.消息隊(duì)列 5.套接字 6.信號(hào)
??????windows和linux共有的進(jìn)程間通信方式：1. 消息（linux中叫做信號(hào)） 2. 共享內(nèi)存? 3. 郵槽? 4. 管道?? 5.socket

Windows 進(jìn)程

在運(yùn)行于32位處理器上的32位Windows操作系統(tǒng)中，可將一個(gè)進(jìn)程視為一段大小為4GB（2³²字節(jié)）的線性內(nèi)存空間，它起始于0x00000000結(jié)束于0xFFFFFFFF。這段內(nèi)存空間不能被其他進(jìn)程所訪問，所以稱為該進(jìn)程的私有空間。這段空間被平分為兩塊，2GB被系統(tǒng)所有，剩下2GB被用戶所有。

如果有N個(gè)進(jìn)程運(yùn)行在同一臺(tái)機(jī)器上，那么將需要N×4GB的海量RAM，還好事實(shí)并非如此。

• Windows是按需為每個(gè)進(jìn)程分配內(nèi)存的，4GB是32位系統(tǒng)中一個(gè)進(jìn)程所占空間的上限。
• 將進(jìn)程所需的內(nèi)存劃分為4KB大小的內(nèi)存頁，并根據(jù)使用情況將這些內(nèi)存頁存儲(chǔ)在硬盤上或加載到RAM中，通過系統(tǒng)的這種虛擬內(nèi)存機(jī)制，我們可以有效地減少對(duì)實(shí)際內(nèi)存的需求量。當(dāng)然這些對(duì)用戶和開發(fā)者來說都是透明的。

??????? 在32位Windows中,進(jìn)程占據(jù)4GB的虛擬地址空間。與它們?cè)贛S-DOS和16位Windows操作系統(tǒng)中不同,32位Windows進(jìn)程是沒有活力的。這就是說,一個(gè)32位Windows進(jìn)程并不執(zhí)行什么指令,它只是占據(jù)著4GB的地址空間,此空間中有應(yīng)用程序EXE文件的代碼和數(shù)據(jù)。

EXE需要的DLL也將它們的代碼的數(shù)據(jù)裝入到進(jìn)程的地址空間。除了地址空間,進(jìn)程還占有某些資源,比如文件、動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配和線程。當(dāng)進(jìn)程終止時(shí),在它生命期中創(chuàng)建的各種資源將被清除。
如上所述,進(jìn)程是沒有活力的,它只是一個(gè)靜態(tài)的概念。

為了讓進(jìn)程完成一些工作,進(jìn)程必須至少占有一線程,所以線程是描述進(jìn)程內(nèi)的執(zhí)行,正是線程負(fù)責(zé)執(zhí)行包含在進(jìn)程的地址空間中的代碼。

實(shí)際上,單個(gè)進(jìn)程可能包含幾個(gè)線程,它們可以同時(shí)執(zhí)行進(jìn)程的地址空間中的代碼。
為了做到這一點(diǎn),
每個(gè)線程有自己的一組CPU寄存器和椎。每個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線址程在執(zhí)行其地址空間中的代碼,
如果沒有線程執(zhí)行進(jìn)程地空間中的代碼,進(jìn)程也就沒有繼續(xù)存在的理由,系統(tǒng)將自動(dòng)清除進(jìn)程及其地址空間。
為了運(yùn)行所有這些線程,操作系統(tǒng)為每個(gè)獨(dú)立線程安排一些CPU時(shí)間,操作系統(tǒng)以輪轉(zhuǎn)方式向線程提供時(shí)間片,這就給人一種假象,好象這些線程都在同時(shí)運(yùn)行。
創(chuàng)建一個(gè)32位Windows進(jìn)程時(shí),它的第一個(gè)線程稱為主線程,由系統(tǒng)自動(dòng)生成,然后可由這個(gè)主線程生成額外的線程,這些線程又可生成更多的線程。

?

?

3. 線程

3.1 線程的引入

在早期的操作系統(tǒng)中并沒有線程的概念，進(jìn)程是能擁有資源和獨(dú)立運(yùn)行的最小單位，也是程序執(zhí)行的最小單位。任務(wù)調(diào)度采用的是時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的搶占式調(diào)度方式，而進(jìn)程是任務(wù)調(diào)度的最小單位，每個(gè)進(jìn)程有各自獨(dú)立的一塊內(nèi)存，使得各個(gè)進(jìn)程之間內(nèi)存地址相互隔離。

后來，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，對(duì)CPU的要求越來越高，進(jìn)程之間的切換開銷較大，已經(jīng)無法滿足越來越復(fù)雜的程序的要求了。于是就發(fā)明了線程，線程是程序執(zhí)行中一個(gè)單一的順序控制流程，是程序執(zhí)行流的最小單元，是處理器調(diào)度和分派的基本單位。一個(gè)進(jìn)程可以有一個(gè)或多個(gè)線程，各個(gè)線程之間共享程序的內(nèi)存空間(也就是所在進(jìn)程的內(nèi)存空間)。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的線程由線程ID、當(dāng)前指令指針(PC)、寄存器和堆棧組成。而進(jìn)程由內(nèi)存空間(代碼、數(shù)據(jù)、進(jìn)程空間、打開的文件)和一個(gè)或多個(gè)線程組成。

?

引入線程總結(jié)：

? ? ?（1）創(chuàng)建進(jìn)程。系統(tǒng)在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)，必須為之分配其所必需的、除處理機(jī)以外的所有資源。如內(nèi)存空間、I/O設(shè)備以及建立相應(yīng)的PCB結(jié)構(gòu)。

? ? ?（2）撤消進(jìn)程。系統(tǒng)在撤消進(jìn)程時(shí)，又必須先對(duì)這些資源進(jìn)行回收操作，然后再撤消PCB結(jié)構(gòu)。

? ? ?（3）進(jìn)程切換。在對(duì)進(jìn)程進(jìn)行切換時(shí)，由于要保留當(dāng)前進(jìn)程的CPU環(huán)境和設(shè)置新選中進(jìn)程的CPU環(huán)境，為此需花費(fèi)不少處理機(jī)時(shí)間。

3.2 線程特征：

1、線程的執(zhí)行狀態(tài)包括運(yùn)行、就緒和等待。

2、進(jìn)程中的所有線程共享所屬進(jìn)程內(nèi)的主存和其他資源。

3、擁有自己的線程控制塊和執(zhí)行棧，寄存器。

3.3 線程屬性

在多線程OS中，通常是在一個(gè)進(jìn)程中包括多個(gè)線程，每個(gè)線程都是作為利用CPU的基本單位，是花費(fèi)最小開銷的實(shí)體。線程具有以下屬性。

　　1）輕型實(shí)體

　　線程中的實(shí)體基本上不擁有系統(tǒng)資源，只是有一點(diǎn)必不可少的、能保證獨(dú)立運(yùn)行的資源，比如，在每個(gè)線程中都應(yīng)具有一個(gè)用于控制線程運(yùn)行的線程控制塊TCB，用于指示被執(zhí)行指令序列的程序計(jì)數(shù)器、保留局部變量、少數(shù)狀態(tài)參數(shù)和返回地址等的一組寄存器和堆棧。

　　2）獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。

　　在多線程OS中，線程是能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，因而也是獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。由于線程很“輕”，故線程的切換非常迅速且開銷小。

　　3）可并發(fā)執(zhí)行。

　　在一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間，可以并發(fā)執(zhí)行，甚至允許在一個(gè)進(jìn)程中所有線程都能并發(fā)執(zhí)行；同樣，不同進(jìn)程中的線程也能并發(fā)執(zhí)行。

　　4）共享進(jìn)程資源。

　　在同一進(jìn)程中的各個(gè)線程，都可以共享該進(jìn)程所擁有的資源，這首先表現(xiàn)在：所有線程都具有相同的地址空間（進(jìn)程的地址空間），這意味著，線程可以訪問該地址空間的每一個(gè)虛地址；此外，還可以訪問進(jìn)程所擁有的已打開文件、定時(shí)器、信號(hào)量機(jī)構(gòu)等。

?

3.4 進(jìn)程和線程的區(qū)別：

???????線程和進(jìn)程的區(qū)別在于，子進(jìn)程和父進(jìn)程有不同的代碼和數(shù)據(jù)空間，而多個(gè)線程則共享數(shù)據(jù)空間，每個(gè)線程有自己的執(zhí)行堆棧和程序計(jì)數(shù)器為其執(zhí)行上下文。多線程主要是為了節(jié)約CPU時(shí)間，發(fā)揮利用，根據(jù)具體情況而定。線程的運(yùn)行中需要使用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存資源和CPU。

　　通常在一個(gè)進(jìn)程中可以包含若干個(gè)線程，它們可以利用進(jìn)程所擁有的資源。在引入線程的操作系統(tǒng)中，通常都是把進(jìn)程作為分配資源的基本單位，而把線程作為獨(dú)立運(yùn)行和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。由于線程比進(jìn)程更小，基本上不擁有系統(tǒng)資源，故對(duì)它的調(diào)度所付出的開銷就會(huì)小得多，能更高效的提高系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)程序間并發(fā)執(zhí)行的程度，從而顯著提高系統(tǒng)資源的利用率和吞吐量。

　　因而近年來推出的通用操作系統(tǒng)都引入了線程，以便進(jìn)一步提高系統(tǒng)的并發(fā)性，并把它視為現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)。

①、在調(diào)度方面，線程是調(diào)度和指派的基本單位，而進(jìn)程是資源擁有的基本單位。在同一進(jìn)程中，線程的切換不會(huì)引起進(jìn)程切換。在不同的進(jìn)程中進(jìn)行線程切換，如一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程切換到另一個(gè)進(jìn)程中的線程時(shí)，將會(huì)引起進(jìn)程切換。?

②、在擁有資源方面，線程不擁有系統(tǒng)資源，但可以訪問其隸屬進(jìn)程的系統(tǒng)資源，從而獲得系統(tǒng)資源。?進(jìn)程間相互獨(dú)立，同一進(jìn)程的各線程間共享。某進(jìn)程內(nèi)的線程在其它進(jìn)程不可見。?

③、在并發(fā)性方面，在引入線程的操作系統(tǒng)中，不僅進(jìn)程之間可以并發(fā)執(zhí)行，而且同一進(jìn)程內(nèi)的多線程之間也可并發(fā)執(zhí)行，從而使操作系統(tǒng)具有更好的并發(fā)性，大大提高系統(tǒng)的吞吐量。

④、調(diào)度切換的系統(tǒng)開銷方面，進(jìn)程切換時(shí)的時(shí)空開銷很大，但線程切換時(shí)，只需保存和設(shè)置少量寄存器內(nèi)容，因此開銷很小。

另外通信方面，進(jìn)程間通信IPC，而線程通信由于同一進(jìn)程內(nèi)的多個(gè)線程共享進(jìn)程的相同地址空間，線程間可以直接讀寫進(jìn)程數(shù)據(jù)段（如全局變量）來進(jìn)行通信。因此，多線程之間的同步與通信非常容易實(shí)現(xiàn)，甚至無須操作系統(tǒng)內(nèi)核的干預(yù)

在多線程OS中，進(jìn)程不是一個(gè)可執(zhí)行的實(shí)體

3.5 引入線程的好處：

??? （1） 易于調(diào)度。線程占用內(nèi)存少，易于切換，可以輕裝運(yùn)行。

?? （2） 提高并發(fā)性。由于線程占用內(nèi)存少，在內(nèi)存中一次容納的線程就多。這樣有利于提高程序的并發(fā)與并行程度。

?? （3） 開銷少。創(chuàng)建線程比創(chuàng)建進(jìn)程開銷少。

?? （4） 利于充分發(fā)揮多處理器功能。在多處理器系統(tǒng)中，一個(gè)進(jìn)程通過創(chuàng)建多個(gè)線程，讓每個(gè)線程在不同的處理器上運(yùn)行，進(jìn)一步提高并發(fā)性。

3.6 用戶級(jí)線程和內(nèi)核支持線程較兩種線程的優(yōu)缺點(diǎn) ：

1．線程的調(diào)度與切換速度：內(nèi)核支持線程的調(diào)度和切換與進(jìn)程的調(diào)度和切換十分相似。

?2．系統(tǒng)功能調(diào)用：當(dāng)傳統(tǒng)的用戶進(jìn)程調(diào)用一個(gè)系統(tǒng)功能調(diào)用時(shí)，要由用戶態(tài)進(jìn)入核心態(tài)，用戶進(jìn)程將被阻塞。當(dāng)內(nèi)核完成系統(tǒng)調(diào)用而返回時(shí)，才將該進(jìn)程喚醒，繼續(xù)執(zhí)行。 ?

3．線程執(zhí)行時(shí)間 ：對(duì)于只設(shè)置了用戶級(jí)線程的系統(tǒng)，調(diào)度是以進(jìn)程為單位進(jìn)行的。在采用輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法時(shí)，各個(gè)進(jìn)程輪流執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片，這對(duì)諸進(jìn)程而言似乎是公平的。

?

3. 多線程與多核

參考來源：http://blog.csdn.net/luoweifu/article/details/46595285

操作系統(tǒng)的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的調(diào)度方式說一個(gè)任務(wù)執(zhí)行一小段時(shí)間后強(qiáng)制暫停去執(zhí)行下一個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)輪流執(zhí)行。很多操作系統(tǒng)的書都說“同一時(shí)間點(diǎn)只有一個(gè)任務(wù)在執(zhí)行”。那有人可能就要問雙核處理器呢？難道兩個(gè)核不是同時(shí)運(yùn)行嗎？

其實(shí)“同一時(shí)間點(diǎn)只有一個(gè)任務(wù)在執(zhí)行”這句話是不準(zhǔn)確的，至少它是不全面的。那多核處理器的情況下，線程是怎樣執(zhí)行呢？這就需要了解內(nèi)核線程。

多核(心)處理器是指在一個(gè)處理器上集成多個(gè)運(yùn)算核心從而提高計(jì)算能力，也就是有多個(gè)真正并行計(jì)算的處理核心，每一個(gè)處理核心對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)核線程。內(nèi)核線程（Kernel Thread， KLT）就是直接由操作系統(tǒng)內(nèi)核支持的線程，這種線程由內(nèi)核來完成線程切換，內(nèi)核通過操作調(diào)度器對(duì)線程進(jìn)行調(diào)度，并負(fù)責(zé)將線程的任務(wù)映射到各個(gè)處理器上。一般一個(gè)處理核心對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)核線程，比如單核處理器對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)核線程，雙核處理器對(duì)應(yīng)兩個(gè)內(nèi)核線程，四核處理器對(duì)應(yīng)四個(gè)內(nèi)核線程。

現(xiàn)在的電腦一般是雙核四線程、四核八線程，是采用超線程技術(shù)將一個(gè)物理處理核心模擬成兩個(gè)邏輯處理核心，對(duì)應(yīng)兩個(gè)內(nèi)核線程，所以在操作系統(tǒng)中看到的CPU數(shù)量是實(shí)際物理CPU數(shù)量的兩倍，如你的電腦是雙核四線程，打開“任務(wù)管理器\性能”可以看到4個(gè)CPU的監(jiān)視器，四核八線程可以看到8個(gè)CPU的監(jiān)視器。

圖 ：雙核四線程在Windows8下查看的結(jié)果

超線程技術(shù)就是利用特殊的硬件指令，把一個(gè)物理芯片模擬成兩個(gè)邏輯處理核心，讓單個(gè)處理器都能使用線程級(jí)并行計(jì)算，進(jìn)而兼容多線程操作系統(tǒng)和軟件，減少了CPU的閑置時(shí)間，提高的CPU的運(yùn)行效率。這種超線程技術(shù)(如雙核四線程)由處理器硬件的決定，同時(shí)也需要操作系統(tǒng)的支持才能在計(jì)算機(jī)中表現(xiàn)出來。

程序一般不會(huì)直接去使用內(nèi)核線程，而是去使用內(nèi)核線程的一種高級(jí)接口——輕量級(jí)進(jìn)程（Light Weight Process，LWP），輕量級(jí)進(jìn)程就是我們通常意義上所講的線程(我們?cè)谶@稱它為用戶線程)，由于每個(gè)輕量級(jí)進(jìn)程都由一個(gè)內(nèi)核線程支持，因此只有先支持內(nèi)核線程，才能有輕量級(jí)進(jìn)程。用戶線程與內(nèi)核線程的對(duì)應(yīng)關(guān)系有三種模型：一對(duì)一模型、多對(duì)一模型、多對(duì)多模型，在這以4個(gè)內(nèi)核線程、3個(gè)用戶線程為例對(duì)三種模型進(jìn)行說明。

一對(duì)一模型

對(duì)于一對(duì)一模型來說，一個(gè)用戶線程就唯一地對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)核線程(反過來不一定成立，一個(gè)內(nèi)核線程不一定有對(duì)應(yīng)的用戶線程)。這樣，如果CPU沒有采用超線程技術(shù)(如四核四線程的計(jì)算機(jī))，一個(gè)用戶線程就唯一地映射到一個(gè)物理CPU的線程，線程之間的并發(fā)是真正的并發(fā)。一對(duì)一模型使用戶線程具有與內(nèi)核線程一樣的優(yōu)點(diǎn)，一個(gè)線程因某種原因阻塞時(shí)其他線程的執(zhí)行不受影響；此處，一對(duì)一模型也可以讓多線程程序在多處理器的系統(tǒng)上有更好的表現(xiàn)。

但一對(duì)一模型也有兩個(gè)缺點(diǎn)：1.許多操作系統(tǒng)限制了內(nèi)核線程的數(shù)量，因此一對(duì)一模型會(huì)使用戶線程的數(shù)量受到限制；2.許多操作系統(tǒng)內(nèi)核線程調(diào)度時(shí)，上下文切換的開銷較大，導(dǎo)致用戶線程的執(zhí)行效率下降。

圖 ：一對(duì)一模型

多對(duì)一模型

?

多對(duì)一模型將多個(gè)用戶線程映射到一個(gè)內(nèi)核線程上，線程之間的切換由用戶態(tài)的代碼來進(jìn)行，因此相對(duì)一對(duì)一模型，多對(duì)一模型的線程切換速度要快許多；此外，多對(duì)一模型對(duì)用戶線程的數(shù)量幾乎無限制。但多對(duì)一模型也有兩個(gè)缺點(diǎn)：1.如果其中一個(gè)用戶線程阻塞，那么其它所有線程都將無法執(zhí)行，因?yàn)榇藭r(shí)內(nèi)核線程也隨之阻塞了；2.在多處理器系統(tǒng)上，處理器數(shù)量的增加對(duì)多對(duì)一模型的線程性能不會(huì)有明顯的增加，因?yàn)樗械挠脩艟€程都映射到一個(gè)處理器上了。

圖 ：多對(duì)一模型

多對(duì)多模型

多對(duì)多模型結(jié)合了一對(duì)一模型和多對(duì)一模型的優(yōu)點(diǎn)，將多個(gè)用戶線程映射到多個(gè)內(nèi)核線程上。多對(duì)多模型的優(yōu)點(diǎn)有：1.一個(gè)用戶線程的阻塞不會(huì)導(dǎo)致所有線程的阻塞，因?yàn)榇藭r(shí)還有別的內(nèi)核線程被調(diào)度來執(zhí)行；2.多對(duì)多模型對(duì)用戶線程的數(shù)量沒有限制；3.在多處理器的操作系統(tǒng)中，多對(duì)多模型的線程也能得到一定的性能提升，但提升的幅度不如一對(duì)一模型的高。

在現(xiàn)在流行的操作系統(tǒng)中，大都采用多對(duì)多的模型。

圖 ：多對(duì)多模型

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的作业、进程、线程的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯(cuò)，歡迎將生活随笔推薦給好友。