多线程(一) 进程与线程

 

目录

 一、进程

1、什么是进程

2、操作系统是怎么管理进程的

二、线程

1、什么是线程

2、为什么要有线程

 三、进程与线程的异同点

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一、进程

1、什么是进程

        进程是操作系统对一个正在运行的程序的一种抽象，换言之，可以把进程看做程序的一次运行过程。

        在文件里面，我们经常可以看到一些后缀为.exe文件,这些文件称为"可执行文件"。一旦执行这类文件,操作系统就会把该文件加载到内存里，CPU会执行这个文件内部的一些指令,此时这些运行起来的应用程序就是进程。 

2、操作系统是怎么管理进程的

（1）描述一个进程

        明确一个进程上面的一些相关属性,主要是操作系统通过使用c/c++的"结构体"来进行描述的(在操作系统中称为进程控制块PCB)。

（2）组织若干个进程

        典型的实现：使用双向链表把每个进程的PCB串起来,方便进行增删查改

其中，"创建进程"就是先创建出PCB,然后再把PCB加到双向链表中去；"销毁进程"就是找到链表上的PCB,从链表上进行删除；"查看任务管理器"就是遍历这个链表。

（3）进程间通信

        进程之间是相互独立的,但也可以通过一些手段进行交互。操作系统提供了很多种"公共空间"(一般是文件操作和网络操作),进程A将数据放到公共空间,然后进程B再取走,这就是进程间通信。

（4）PCB中的一些属性 

        ① pid：就是进程的id,对进程进行身份识别的id。

        ②内存指针：指明了进程所要执行的代码/指令在内存的哪里,以及这个进程执行所依赖的数据在的哪里(.exe运行时操作系统就会把.exe加载到内存中去,变为进程)。

        ③文件描述符表：只要进程每打开一个文件,文件描述符表上就会增加一项。文件描述符表可以视为一个数组，其中每一个元素都是一个结构体。一个进程只要启动,系统就会自动打开标准输入,标准输出,标准错误三个文件。

        ④状态：描述了当前的进程接下来该怎么调度。

        就绪状态:随时可以被执行。

        阻塞状态:暂时不可以去CPU上执行。

        ⑤优先级：当我们有很多个任务时，先给哪个任务分配时间,后给哪个任务分配时间；哪个任务的时间多,哪个任务的时间少,这就是优先级。

        ⑥记账信息：统计每个进程分别执行了多久、执行了哪些指令、排队了多久。给进程调度提供指导依据。

        ⑦上下文：表示上次进程被调度出CPU的状态,下次进程上CPU的时候就可以恢复此前的状态,然后继续往下执行了。类似于存档 + 读档。

进程被调出CPU之前,要先把CPU中的所有寄存器中的数据给保存到内存中，相当于存档

下一次进程再被调度上CPU的时候,就可以从内存中恢复到寄存器中,相当于读档

 （5）进程调度

        进程调度:进程调度程序是操作系统的真正核心，它直接负责CPU的分配。系统中所有进程都是在CPU上运行的，进程调度就是它们的切换开关

二、线程

1、什么是线程

        线程是进程内部的一个部分，进程包含线程。如果把进程想象为一个工厂的话，那么线程就是工厂内部的生产线。一个工厂可以有一个生产线，也可以有多个生产线。

2、为什么要有线程

        由于系统支持多任务,因此我们需要进行"并发编程"。

        虽然通过多进程也可以实现并发编程,但是频繁的创建/销毁进程的成本非常高,而频繁的调度进程成本也很高（因为创建进程是需要对资源进行申请,而销毁进程则需要释放资源,这本身就是非常低效的）

        解决方法：使用线程来实现并发编程。线程更加轻量,每个线程执行一个任务,也可以并发编程。创建、销毁、调度线程成本都是低于进程的(进程需要申请释放资源,而线程包含在进程中,与其中的其他线程共用同一块资源,再创建线程不必再分配资源。但是并不是说线程越多越好,在任务比较少的时候,多线程反而会降低效率)

 三、进程与线程的异同点

1、进程是包含线程的. 每个进程至少有一个线程存在，即主线程。

2、进程和进程之间不共享内存空间. 同一个进程的线程之间共享同一个内存空间。

3、操作系统创建进程,要给进程分配资源,进程是操作系统分配资源的基本单位；

操作系统创建线程,是要在CPU上调度执行的,线程是操作系统调度线程执行的基本单位。

4、进程有独立性。每个进程都有各自的虚拟地址空间,一个进程出现问题,不会影响到其他进程。而同一个进程中的多个线程同用一个内存空间,如果一个线程出现问题,很可能会影响到其他线程，也有可能直接导致整个进程出现问题。