1、进程、线程的基本概念
在计算机中,所有的应用程序都是由CPU执行的,对于一个CPU而言,在某个时间点只能运行一个程序,也就是说只能执行一个进程。操作系统会为每一个进得分配―盼有限的CPU使用时间,CPU在这段时间中执行某个进程,然后会在下一段时间切换到另一个讲程中去执行。由于CPU运行速度非常快,能在极短的时间内在不同的进程之间进行切换,所以给人以同时执行多个程序的感觉。
进程:
进程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中,进程是程序的基本执行实体;在当代面向线程设计的计算机结构中,进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述,进程是程序的实体。
进程的特征
动态性:进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程,进程是动态产生,动态消亡的。
并发性:任何进程都可以同其他进程一起并发执行
独立性:进程是一个能独立运行的基本单位,同时也是系统分配资源和调度的独立单位;
异步性:由于进程间的相互制约,使进程具有执行的间断性,即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进
结构特征:进程由程序、数据和进程控制块部分组成。
多个不同的进程可以包含相同的程序:一个程序在不同的数据集里就构成不同的进程,能得到不同的结果;但是执行过程中,程序不能发生改变。
进程的基本状态及状态之间的关系
进程执行时的间断性,决定了进程可能具有多种状态。事实上,运行中的进程可能具有以下三种基本状态。
1)就绪状态(Ready):
进程已获得除处理器外的所需资源,等待分配处理器资源;只要分配了处理器进程就可执行。就绪进程可以按多个优先级来划分队列。
例如,当一个进程由于时间片用完而进入就绪状态时,排入低优先级队列;当进程由I/O操作完成而进入就绪状态时,排入高优先级队列。
2)运行状态(Running):
进程占用处理器资源;处于此状态的进程的数目小于等于处理器的数目。在没有其他进程可以执行时(如所有进程都在阻塞状态),通常会自动执行系统的空闲进程。
3)阻塞状态(Blocked):
由于进程等待某种条件(如I/O操作或进程同步),在条件满足之前无法继续执行。该事件发生前即使把处理器资源分配给该进程,也无法运行。
关系:
将阻塞态的进程挂起,变成挂起阻塞态,当导致进程阻塞的I/O操作在用户重启进程前完成(称之为唤醒),挂起阻塞态变成挂起就绪态,当用户在I/O操作结束之前重启进程,挂起阻塞态变成阻塞态;
将就绪(或运行)中的进程挂起,变成挂起就绪态,当该进程恢复之后,挂起就绪态变成就绪态;
我们可以打开任务管理器查看当前进程:
线程:
线程是进程中执行运算的最小单位,是进程中的一个实体,是被系统独立调度和分派的基本单位,线程自己不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源,但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程,同一进程中的多个线程之间可以并发执行。
线程特点:
1)轻型实体
线程中的实体基本上不拥有系统资源,只是有一点必不可少的、能保证独立运行的资源。
线程的实体包括程序、数据和TCB。线程是动态概念,它的动态特性由线程控制块TCB(Thread Control Block)描述。TCB包括以下信息:
(1)线程状态。
(2)当线程不运行时,被保存的现场资源。
(3)一组执行堆栈。
(4)存放每个线程的局部变量主存区。
(5)访问同一个进程中的主存和其它资源。
2)独立调度和分派的基本单位。
在多线程OS中,线程是能独立运行的基本单位,因而也是独立调度和分派的基本单位。由于线程很“轻”,故线程的切换非常迅速且开销小(在同一进程中的)。
3)可并发执行。
在一个进程中的多个线程之间,可以并发执行,甚至允许在一个进程中所有线程都能并发执行;同样,不同进程中的线程也能并发执行,充分利用和发挥了处理机与外围设备并行工作的能力。
线程创建的好处 :
(1)易于调度。
(2)提高并发性。通过线程可方便有效地实现并发性。进程可创建多个线程来执行同一程序的不同部分。
(3)开销少。创建线程比创建进程要快,所需开销很少。
(4)利于充分发挥多处理器的功能。通过创建多线程进程,每个线程在一个处理器上运行,从而实现应用程序的并发性,使每个处理器都得到充分运行。
2.进程和线程的关系:
(1)一个线程只能属于一个进程,而一个进程可以有多个线程,但至少有一个线程。 (2)资源分配给进程,同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。 (3)处理机分给线程,即真正在处理机上运行的是线程。 (4)线程在执行过程中,需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。线程是指进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体。
3.线程与进程的区别:
1)地址空间和其它资源(如打开文件):进程间相互独立,同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。
2)通信:进程间通信IPC,线程间可以直接读写进程数据段(如全局变量)来进行通信——需要进程同步和互斥手段的辅助,以保证数据的一致性。
3)调度和切换:线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
4)在多线程OS中,进程不是一个可执行的实体,即一个进程至少创建一个线程 去执行代码。进程是拥有资源的一个独立单位,线程不拥有系统资源,但可以访问隶属于进程的资源。
5)根本区别:进程是操作系统资源分配的基本单位,而线程是处理器任务调度和执行的基本单位
进程 |
线程 |
|
地位 |
程序分配资源的最小单位 |
CPU调度的最小单位 |
包含关系 |
一个进程包含多个线程 |
一个线程只属于一个进程 |
创建代价 |
大 |
小 |
切换效率 |
低 |
高 |
存在形式 |
相互独立 |
进程栈独立,其他空间共享 |
通讯方式 |
必须借助于外部手段 |
直接通过共享空间通讯 |
安全问题 |
不存在 |
存在安全问题 |