進(jìn)程與線程

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一、進(jìn)程特征和概念

前提：允許多個程序并發(fā)執(zhí)行。

1.概念

PCB(process control block)進(jìn)程控制塊，系統(tǒng)利用 PCB 來描述進(jìn)程的基本情況和運行狀 態(tài)，進(jìn)而控制和管理進(jìn)程。

PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。

進(jìn)程是進(jìn)程實體的運行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。

2.特征

• 動態(tài)性：進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行，所以他是有生命周期的。（基本特征）
• 并發(fā)性：引入進(jìn)程的目的就是為了程序能夠并發(fā)執(zhí)行。
• 獨立性：一個進(jìn)程就是一個獨立的個體
• 異步性：由于進(jìn)程的相互制約，使得進(jìn)程具有執(zhí)行的間斷性。
• 結(jié)構(gòu)性：一個進(jìn)程實體由程序段、數(shù)據(jù)段和進(jìn)程控制塊三部分組成。

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二、進(jìn)程的狀態(tài)與轉(zhuǎn)換

創(chuàng)建態(tài)

就緒態(tài)

運行態(tài)

阻塞態(tài)

結(jié)束態(tài)

幾個比較重要的轉(zhuǎn)換：

就緒態(tài)→運行態(tài)：獲得處理機資源（時間片）。

運行態(tài)→就緒態(tài)：獲得的時間片用完，或者在可剝奪的操作系統(tǒng)中被更高優(yōu)先級的進(jìn)程搶走時間片。

運行態(tài)→阻塞態(tài)：請求某一資源，或者等待某一事件發(fā)生。

進(jìn)程以系統(tǒng)調(diào)用的形式請求操作系統(tǒng)提供服務(wù)，這是一種特殊的、由運行用戶態(tài)程序調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核過程的形式。

阻塞態(tài)→就緒態(tài)：等待的事件到來時。

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三、進(jìn)程控制

1.進(jìn)程的創(chuàng)建

允許一個進(jìn)程創(chuàng)建另一個進(jìn)程，就是父進(jìn)程和子進(jìn)程。

創(chuàng)建過程如下：

1）分配唯一進(jìn)程標(biāo)志號，申請一個空白的PCB（有限的）。沒有就創(chuàng)建失敗了。

2）分配資源，分配用戶棧和內(nèi)存資源，若資源不足就處于阻塞態(tài)，直到有資源被釋放。

3）初始化PCB。（標(biāo)志信息、處理機狀態(tài)信息、處理機控制信息、設(shè)置進(jìn)程的優(yōu)先級等。）

4）如果就緒隊列未滿，就插入就緒隊列，等待被調(diào)度。

2.進(jìn)程的終止

通常引起終止的事件

• 正常結(jié)束
• 異常結(jié)束
• 外界干預(yù)

終止過程：

1）根據(jù)標(biāo)志符檢索PCB，讀取該進(jìn)程狀態(tài)。

2）如處于執(zhí)行狀態(tài)，立即終止執(zhí)行，處理器資源也分出去。

3）若還有子孫進(jìn)程，則終止其子進(jìn)程。

4）將該進(jìn)程的資源還給父進(jìn)程（沒有就還給操作系統(tǒng)）。

5）將PCB從所在隊列（鏈表）刪除。

3.進(jìn)程的阻塞與喚醒

阻塞：

1）找到PCB

2）若為運行態(tài)，則保護(hù)現(xiàn)場，然后轉(zhuǎn)為阻塞態(tài)

3）將該PCB插入等待隊列，交出處理機資源

喚醒：

1）在等待隊列中找到PCB

2）將其從隊列中移出，設(shè)置為就緒態(tài)

3）插入就緒隊列，等待調(diào)度

4.進(jìn)程切換

進(jìn)程切換是指處理機從一個進(jìn)程的運行轉(zhuǎn)到另一個進(jìn)程上運行。

1）保存處理機上下文，包括程序計數(shù)器和其他寄存器

2）更新 PCB 信息

3）把進(jìn)程的 PCB 移入相應(yīng)的隊列，如就緒、在某事件阻塞等隊列。

4）選擇另一個進(jìn)程執(zhí)行，并更新其 PCB

5）更新內(nèi)存管理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

6）恢復(fù)處理機上下文

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四、進(jìn)程的組織

一個進(jìn)程由以下三部分組成，最核心的就是PCB

1.進(jìn)程控制塊

PCB是進(jìn)程實體的一部分，是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。

主要包括：描述信息、進(jìn)程控制和管理信息、資源分配清單、和處理機關(guān)信息等。

1）描述信息：PID進(jìn)程標(biāo)識符，UID用戶標(biāo)識符。

2）進(jìn)程控制和管理信息：進(jìn)程當(dāng)前的狀態(tài)，優(yōu)先級等信息。

3）資源分配清單：說明有關(guān)內(nèi)存地址的狀況。

4）處理機相關(guān)信息：主要指處理機中各寄存器的值。

2.程序段

3.數(shù)據(jù)段

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五、進(jìn)程的通信

管道可以理解為共享存儲的優(yōu)化和發(fā)展 ，因為在共享存儲中，若某進(jìn)程要訪問共享存儲空間， 則必須沒有其他進(jìn)程在該共享存儲空間中進(jìn)行寫操作，否則訪問行為就會被阻塞。管道通信中，存儲空間進(jìn)化成了緩沖區(qū)，緩沖區(qū)只允許一邊寫入、另一邊讀出，因此只要緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)，進(jìn)程就能從緩沖區(qū)中讀出，而不必?fù)?dān)心會因為其他進(jìn)程在其中進(jìn)行寫操作而遭到阻塞。

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六、線程概念和多線程模型

1.概念

線程由線程ID、程序計數(shù)器、寄存器集合和堆棧組成。

線程是進(jìn)程中的一個實體。

有了線程這個概念后，進(jìn)程作為除了CPU之外的系統(tǒng)資源分配單元，而線程則作為處理機的分配單元。

2.線程和進(jìn)程的比較

1）調(diào)度

線程是獨立調(diào)度的基本單位，進(jìn)程是擁有資源的基本單位。

也就是說，一個進(jìn)程內(nèi)的線程可以切換到另一個進(jìn)程內(nèi)的一個線程，但是資源不能。

2）擁有資源

線程不擁有系統(tǒng)資源

3）并發(fā)性

多個進(jìn)程可以并發(fā)執(zhí)行，多個線程也可以并發(fā)執(zhí)行。

4）系統(tǒng)開銷

創(chuàng)建和撤銷進(jìn)程時，涉及到很多系統(tǒng)資源的分配和回收。但是線程不擁有系統(tǒng)資源，創(chuàng)建和撤銷系統(tǒng)則不需要付出那么大的開銷。同樣，線程間的切換也比進(jìn)程間的切換更容易實現(xiàn)。

5）地址空間和其他資源

進(jìn)程之間互相獨立。

線程之間共享該進(jìn)程的資源。

6）通信

進(jìn)程間通信需要互斥手段的輔助。

線程可以直接讀寫進(jìn)程數(shù)據(jù)段來實現(xiàn)通信。

3.線程的屬性

1）線程不擁有系統(tǒng)資源，但擁有唯一的標(biāo)識符和一個線程控制塊。

2）不同的線程可以執(zhí)行相同的程序

3）同一進(jìn)程中各個線程共享該進(jìn)程所擁有的資源

4）線程是處理機的獨立調(diào)度單元，多個線程可以并發(fā)執(zhí)行。

5）線程生命周期也會有阻塞、就緒、運行等狀態(tài)

4.線程的實現(xiàn)方式

分為兩大類：

用戶級線程、內(nèi)核級線程

5.多線程模型

1）多對一：

多個用戶級線程映射到一個內(nèi)核級線程

2）一對一

一個用戶級線程映射到一個內(nèi)核級線程

3）多對多

n個用戶級線程映射到m個內(nèi)核級線程

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的单处理机系统的进程调度动态优先_操作系统复习笔记（王道）C2.1的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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