文章目录
  1. 1. 操作系统之进程与线程
    1. 1.1. 任务调度
    2. 1.2. 进程
    3. 1.3. 线程
    4. 1.4. 进程与线程的区别
    5. 1.5. 多线程与多核
    6. 1.6. 进程与线程的生命周期

操作系统之进程与线程

任务调度

大部分操作系统(如Windows、Linux)的任务调度是采用时间片轮转的抢占式调度方式,也就是说一个任务执行一小段时间后强制暂停去执行下一个任务,每个任务轮流执行。任务执行的一小段时间叫做时间片,任务正在执行时的状态叫运行状态,任务执行一段时间后强制暂停去执行下一个任务,被暂停的任务就处于就绪状态等待下一个属于它的时间片的到来。这样每个任务都能得到执行,由于CPU的执行效率非常高,时间片非常短,在各个任务之间快速地切换,给人的感觉就是多个任务在“同时进行”,这也就是我们所说的并发。

进程

  • 应用程序是具有某种功能的程序,程序是运行于操作系统之上的。
  • 进程是一个具有一定独立功能的程序在一个数据集上的一次动态执行的过程是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位,是应用程序运行的载体。
  • 进程一般由程序、数据集合和进程控制块三部分组成。

    程序用于描述进程要完成的功能,是控制进程执行的指令集;
    数据集合是程序在执行时所需要的数据和工作区;
    程序控制块(Program Control Block,简称PCB),包含进程的描述信息和控制信息,是进程存在的唯一标志。

  • 进程具有的特征:

    1. 动态性:进程是程序的一次执行过程,是临时的,有生命期的,是动态产生,动态消亡的;
    2. 并发性:任何进程都可以同其他进程一起并发执行;
    3. 独立性:进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位;
    4. 结构性:进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。

线程

  • 线程是程序执行中一个单一的顺序控制流程,是程序执行流的最小单元,是处理器调度和分派的基本单位。一个进程可以有一个或多个线程,各个线程之间共享程序的内存空间
  • 线程组成:
    1. 线程ID
    2. 当前指令指针(PC)
    3. 寄存器和堆栈。
      而进程由内存空间(代码、数据、进程空间、打开的文件)和一个或多个线程组成。

进程与线程的区别

  1. 线程是程序执行的最小单位,而进程是操作系统分配资源的最小单位;
  2. 一个进程由一个或多个线程组成,线程是一个进程中代码的不同执行路线;
  3. 进程之间相互独立,但同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间(包括代码段、数据集、堆等)及一些进程级的资源(如打开文件和信号),某进程内的线程在其它进程不可见;
  4. 调度和切换:线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
进程与线程的资源共享关系
线程与多线程的关系
  • 总之,线程和进程都是一种抽象的概念,线程是一种比进程更小的抽象,线程和进程都可用于实现并发。
  • 在早期的操作系统中并没有线程的概念,进程是能拥有资源和独立运行的最小单位,也是程序执行的最小单位。它相当于一个进程里只有一个线程,进程本身就是线程。所以线程有时被称为轻量级进程

多线程与多核

  • 多核(心)处理器是指在一个处理器上集成多个运算核心从而提高计算能力,也就是有多个真正并行计算的处理核心,每一个处理核心对应一个内核线程.
  • 内核线程(Kernel Thread, KLT)就是直接由操作系统内核支持的线程,这种线程由内核来完成线程切换,内核通过操作调度器对线程进行调度,并负责将线程的任务映射到各个处理器上。

进程与线程的生命周期

  • 当线程的数量小于处理器的数量时,线程的并发是真正的并发,不同的线程运行在不同的处理器上。但当线程的数量大于处理器的数量时,线程的并发会受到一些阻碍,此时并不是真正的并发,因为此时至少有一个处理器会运行多个线程。
  • 在单个处理器运行多个线程时,并发是一种模拟出来的状态。
  • 在早期只有进程的操作系统中,进程有五种状态,创建、就绪、运行、阻塞(等待)、退出。早期的进程相当于现在的只有单个线程的进程,那么现在的多线程也有五种状态,现在的多线程的生命周期与早期进程的生命周期类似。
    进程的生命周期

  • 进程在运行过程有三种状态:就绪、运行、阻塞,创建和退出状态描述的是进程的创建过程和退出过程。

    创建:进程正在创建,还不能运行。操作系统在创建进程时要进行的工作包括分配和建立进程控制块表项、建立资源表格并分配资源、加载程序并建立地址空间;
    就绪:时间片已用完,此线程被强制暂停,等待下一个属于他的时间片到来;
    运行:此线程正在执行,正在占用时间片;
    阻塞:也叫等待状态,等待某一事件(如IO或另一个线程)执行完;
    退出:进程已结束,所以也称结束状态,释放操作系统分配的资源。

  • 线程的生命周期

线程的生命周期

创建:一个新的线程被创建,等待该线程被调用执行;
就绪:时间片已用完,此线程被强制暂停,等待下一个属于他的时间片到来;
运行:此线程正在执行,正在占用时间片;
阻塞:也叫等待状态,等待某一事件(如IO或另一个线程)执行完;
退出:一个线程完成任务或者其他终止条件发生,该线程终止进入退出状态,退出状态释放该线程所分配的资源。


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    1. 1.1. 任务调度
    2. 1.2. 进程
    3. 1.3. 线程
    4. 1.4. 进程与线程的区别
    5. 1.5. 多线程与多核
    6. 1.6. 进程与线程的生命周期