文章目录

• 进程&线程
• • 进程
  • • 进程的创建
    • 进程的终止
    • 进程的层次结构
    • 进程的状态
  • 线程
  • 进程间通信

进程&线程

进程

一个进程是某种类型的活动，它有程序、输入、输出以及状态。如果一个程序运行了两次，那算作两个进程。

进程（process）：在进程模型中，计算机上所有可运行的软件，通常也包括操作系统，被组织成若干顺序进程（sequential process），一个进程就是一个正在执行程序的实例，包括程序计数器和变量的当前值。

从概念上说每个进程都拥有它自己的虚拟CPU（实际上真正的CPU在个进程之间来回切换）

进程管理 相关的系统调用

进程的创建

在UNIX系统中，只要一个系统调用可以创建进程：fork，这个系统调用会创建一个与调用进程相同的副本。在调用了fork后，这两个进程（父进程和子进程）拥有相同的内存映像、同样的环境字符串和同样的打开文件。通常子进程接着执行 execve 或者一个类似的系统调用，以修改其内存映像并运行一个新的程序。

写时复制(copy-on-write)：在UNIX中，子进程初始地址空间是父进程的一个副本，但只这里涉及两个不同的地址空间，不可写的内存区是共享的，可写的内存是不可以共享的。某些UNIX的实现使程序正文在两者间共享，因为不可写内存不能修改，因此二者可以共享。但对于可以内存，内存通过 写时复制(copy-on-write) 共享，一旦两者之一想要修改部分内存，则这块内存首先被明确的复制，以确保修改发生在私有内存区域。

进程的终止

进程退出的几种情况

• 正常退出（自愿的）
• 出错退出（自愿的）：参数等导致的错误
• 严重错误（非自愿）：程序中的错误
• 被其他进程杀死（非自愿）

进程退出的系统调用：

• UNIX：exit
• windows：ExitProcess

进程的层次结构

在UNIX中，进程和它的所有子进程以及后裔共同组成一个进程组。

进程的状态

线程

在传统操作系统中，每个进程有一个地址空间和一个控制线程，不过经常也存在同一个地址空间中准并行运行多个控制线程的情形，这些线程就像分离的进程（共享地址空间除外）。

引入线程的原因

• 第一个原因：线程的加入，使得并行实体拥有共享一个地址空间和所有可用数据的能力。对于某些应用而言，这种能力是必须的，二者正式多进程模型（它们具有不同的地址空间）所无法表达的。
• 第二个原因：由于线程比进程更轻量级，所以它比进程更容易（即更快）创建，也更容撤销。在许多系统中，创建一个线程要比创建一个进程快10~100倍。
• 第三个原因：涉及性能，对于 CPU 密集型的应用，多线程并不能获得性能上的增强，但如果存在大量的 I/O 处理，拥有多个线程允许这些活动彼此重叠，从而加快应用程序的执行速度。
• 第四个原因:在多 CPU 系统中，多线程是有益的，可以真正的实现并行。

类比创建一个 Java 进程和 Java 线程的成本。

进程是资源管理的单位，进程拥有存放程序正文和数据以及其他资源的地址空间。这些资源中包括打开的文件，子进程、即将发生的定时器、信号处理程序、账号信息等。

线程是资源(cpu)调度的单位,线程概念实现的是：共享这一组资源的多个线程的执行能力，以便这些线程可以完成某一任务而共同工作。每一个线程有其自己的堆栈， 因为每个线程通常都会有不同的调用过程，从而有一个各自不同的执行历史。

进程拥有一个执行的线程，通常简称为线程，由于线程具有进程的某些特质，所有有时也称为轻量级的进程(lightwight process) 。在线程中有一个程序计数器，用来记录接着要执行那一条指令，线程拥有寄存器，用来保存线程当前的工作变量。线程还拥有一个堆栈、用来记录执行历史，其中每一帧保存了一个已调用但是还没有从中返回的过程。

尽管线程必须在进程中执行，但线程和它的进程是不同的概念，进程用于把资源集中到一起，而线程则是在 CPU 上被调度执行的实体。

进程间通信

实现 进程间通信（InterProcess Communication，IPC） 主要有三个问题

1. 一个进程如何把消息传递给另一个
2. 确保两个活多个进程在关键活动中不会出现交叉
3. 正确的顺序

这三个问题中，后两个对于线程也同样适用。第一个问题（传递消息）对线程而言比较容易，因为它们共享一个地址空间（在不同地址空间需要通信的线程属于不同进程之间通信的情形）。但是另外两个问题，在线程间与进程间是相同的，并且也可通过相同的方法解决。

竞态条件(race condition) ：两个或多个进程（线程）读取某些共享数据，而最后的结果取决于进程（线程）的精确时序。

凡涉及共享内存、共享文件以及共享任何资源的情况都会引发竞态条件问题

避免竞态条件的关键是互斥(mutual exclusion)：一个进程在使用一个共享变量或文件时，其他进程不能做同样的操作,阻止多个进程同时读写共享的数据，

临界区(citical section) ：对共享内存进行访问的程序片断。

只要保证两个进程不能同时进入临界区，就能避免竞态条件。