进程与线程

本文围绕以下三个部分展开：

一、进程的定义、特征和基本状态
二、进程通信
三、线程
四、进程与线程的比较






一、进程的定义、特征和基本状态

        1. 定义

        进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

        进程是一个可拥有资源的独立单位；同时又是一个可独立调度和分配的基本单位。


        2. 特征

        （1）结构特征

        进程实体：由 程序段、相关的数据段和PCB（Process Control Block，进程控制块）三部分构成。

        PCB：通常的程序是不能并发执行的。为使程序（含数据）能独立运行，应为之配置一个PCB。

        在许多情况下所说的进程，实际上是指进程实体。丽日，所谓创建进程，实质上是创建进程实体中的PCB；而撤销进程，实质上是撤销进程的PCB。

        （2）动态性

        进程的实质是进程实体的一次执行过程，因此，动态性是进程的最基本的特征。动态性还表现在：“它由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡。”

        （3）并发性

        指：多个进程实体同存于内存中，且能在一段时间内同时运行。

        （4）独立性

        指：进程实体是一个能独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。

        （5）异步性

        指：进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。或者说，进程实体按异步方式运行。


        3. 进程的三种基本状态

        （1）就绪（Ready）状态

        当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行，进程这时的状态称为就绪状态。

        在一个系统中，处于就绪状态的进程可能有多个，通常将它们排成一个队列，称为 就绪队列。

        （2）执行状态

        进程已获得CPU，其程序正在执行。

        （3）阻塞状态

        正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，亦即进程的执行受到阻塞。把这种暂停状态称为阻塞状态（等待状态/封锁状态）。

        通常将这种处于阻塞状态的进程也排成一个队列。有的系统则根据阻塞原因的不同，把处于阻塞状态的进程排成多个队列。

        （4）状态相互转换的条件和过程

        ①处于就绪状态的进程，在调度程序为之分配了处理剂之后，该进程便可执行，由就绪状态转变为执行状态。

        ②如果分配给当前进程的时间片已完而被暂停执行时，该进程由执行状态又转变为就绪状态。

        ③如果因发生某事件而使进程的执行受阻（例如，进程请求访问某临界资源，而该资源正被其它进程访问时），使之无法继续执行，该进程将由执行状态转变为阻塞状态。


二、进程通信

        1. 概念

        指：进程之间的信息交换。

        2. 低级进程通信

        进程之间的互斥和同步，由于其所交换的信息量少而被归结为低级通信。在进程互斥中，进程通过只修改信号量来向其他进程表明临界资源是否可用。

        3. 高级进程通信

        （1）指：用户可直接利用操作系统所提供的一组通信命令，高效地传送大量数据的一种通信方式。

        操作系统隐藏了进程通信的实现细节。或者说，通信过程对用户是透明的。这样就大大减少了通信程序编制上的复杂性。

        （2）随着操作系统的发展，用于进程之间实现通信的机制也在发展，并已由早期的低级进程通信机制，发展为能传送大量数据的高级通信工具机制。

        4. 进程通信的类型

        （1）共享存储器系统（Shared-Memory System）

        在共享存储器系统中，相互通信的进程 共享某些数据结构 或 共享存储区 ，进程之间能够通过这些空间进行通信。

        （2）消息传递系统（Message passing system）

        它是当前应用最为广泛的一种进程间的通信机制。在该机制 中，进程间的数据交换是以格式化 的消息/报文（message）为单位的。

        程序员直接利用操作系统提供的一组通信命令（原语），不仅能实现大量数据的传递，而且还隐藏了通信的实现细节，使通信过程对用户是透明的，从而大大简化了通信程序编制的复杂性，因而获得了广泛的应用。

        （3）管道通信

        “管道”：指用于连接一个读进程和一个写进程，以实现它们之间通信的一个共享文件，又名 pipe 文件。


三、线程

        1. 概念

        通常一个进程中包含多个线程，每个线程都作为利用CPU的基本单位，是花费最小开销的实体。


        2. 属性

        （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、能保证其独立运行的资源。

        （2）独立调度和分派的基本单位。

        （3）可并发执行。

        （4）共享进程资源


四、进程与线程的比较

        1. 调度

        线程作为调度和分派的基本单位，而进程作为资源拥有的基本单位。线程基本上不拥有资源，这样线程便能轻装前进，从而可显著提高系统的并发程度。

        2. 并发性

        进程之间可并发执行，一个进程中的多个线程之间也可以并发执行，使得操作系统具有良好的并发性，从而能更加有效地提高系统资源的利用率和系统的吞吐量。

        3. 拥有资源

        进程拥有资源，线程自己不拥有系统资源（只有一点必不可少的资源）。

        4. 系统开销

        在创建或撤销进程时，操作系统付出的开销明显大于线程创建或撤销时的开销。

        线程切换的代价也小于进程切换的代价。

        在同步和通信的实现方面，线程也比进程容易。




整理时重点参考：《计算机操作系统》（第三版） -- 汤小丹、梁红兵、哲凤屏、汤子瀛 编著

评论

1 楼 mute_ 2015-08-23