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  • 计算机操作系统之进程管理

    进程和线程的联系和区别

    定义:

    进程:具有一定独立功能的程序关于某个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一个独立单位。

    线程:进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,他是比进程更小的能独立运行的基本单位,线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),一个线程可以创建和撤销另一个线程;

    (线程共享:堆,全局变量,静态变量,文件公用资源)

    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)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。

    (4)处理机分给线程,即真正在处理机上运行的是线程。

    (5)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。

    线程与进程的区别:

    (1)调度:线程作为调度和分配的基本单位,进程作为拥有资源的基本单位。

    (2)并发性:不仅进程之间可以并发执行,同一个进程的多个线程之间也可以并发执行。

    (3)拥有资源: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。

    (4)系统开销:在创建或撤销进程的时候,由于系统都要为之分配和回收资源,导致系统的明显大于创建或撤销线程时的开销。但进程有独立的地址空间,进程崩溃后,在保护模式下不会对其他的进程产生影响,而线程只是一个进程中的不同的执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量,但线程之间没有单独的地址空间,一个线程死掉就等于整个进程死掉,所以多进程的程序要比多线程的程序健壮,但是在进程切换时,耗费的资源较大,效率要差些。

    死锁产生的原因及四个必要条件

    产生死锁的原因主要是:

    (1) 因为系统资源不足。

    (2) 进程运行推进的顺序不合适。

    (3) 资源分配不当等。

    如果系统资源充足,进程的资源请求都能够得到满足,死锁出现的可能性就很低,否则就会因争夺有限的资源而陷入死锁。其次,进程运行推进顺序与速度不同,也可能产生死锁。

    产生死锁的四个必要条件:

    (1) 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。

    (2) 请求与保持条件:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。

    (3) 不剥夺条件:进程已获得的资源,在末使用完之前,不能强行剥夺。

    (4) 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

    这四个条件是死锁的必要条件,只要系统发生死锁,这些条件必然成立,而只要上述条件之一不满足,就不会发生死锁。

    死锁的解除与预防:

    理解了死锁的原因,尤其是产生死锁的四个必要条件,就可以最大可能地避免、预防和解除死锁。所以,在系统设计、进程调度等方面注意如何不让这四个必要条件成立,如何确定资源的合理分配算法,避免进程永久占据系统资源。此外,也要防止进程在处于等待状态的情况下占用资源。因此,对资源的分配要给予合理的规划。

    进程间通信

    1、管道(Pipe)

    一个进程往管道里写数据,另一个进程从管道里取数据。管道又可以分为匿名管道,匿名管道只能在父、子进程之间通讯。还有一种命名管道(named pipes),Linux下叫做FIFO,命名管道可以在任意进程之间通讯。

    2、油槽(Slot)

    Linux下叫做消息队列(Message)。就像我们日常通过邮局寄送信件。一个进程寄送,另一个进程接收。

    3、消息(Message)

    Linux下叫做信号(Signal)。Windows是消息驱动的,进程可以调用WIN32 API函数SendMessage或者PostMessage向另一个进程发送消息,Windows系统也可以向进程发送消息。

    Linux下可以通过kill、raise、alarm、pause这些信号处理系统调用来实现。

    4、共享内存(Shared Memory)

    进程之间通过共享一块内存的方式来交换数据。

    5、Socket

    通常我们使用socket来进行网络通讯,一方作为客户机,另一方作为服务器。同样的,socket也可以作为进程之间通讯的一种方式。

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