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  • 线程与进程

    一、进程

    1.进程的概念:

    多道程序在执行时,需要共享系统资源,从而导致各程序在执行过程中出现相互制约的关系,程序的执行表现出间断性的特征。这些特征都是在程序的执行过程中发生的,是动态的过程,而传统的程序本身是一组指令的集合,是一个静态的概念,无法描述程序在内存中的执行情况,即我们无法从程序的字面上看出它何时执行,何时停顿,也无法看出它与其它执行程序的关系,因此,程序这个静态概念已不能如实反映程序并发执行过程的特征。为了深刻描述程序动态执行过程的性质,人们引入“进程(Process)”概念。

    进程的概念主要有两点:第一,进程是一个实体。每一个进程都有它自己的地址空间,一般情况下,包括文本区域(text region)、数据区域(data region)和堆栈(stack region)。文本区域存储处理器执行的代码;数据区域存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存;堆栈区域存储着活动过程调用的指令和本地变量。第 二,进程是一个“执行中的程序”。程序是一个没有生命的实体,只有处理器赋予程序生命时,它才能成为一个活动的实体,我们称其为进程。

    2.进程的特征:

    (1)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。

    (2)并发性:任何进程都可以同其他进程一起并发执行。

    (3)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。

    (4)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。

    3.进程的状态:

    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机分配给该进程,也无法运行。

    4.与程序的区别:

    程序是指令和数据的有序集合,其本身没有任何运行的含义,是一个静态的概念。而进程是程序在处理机上的一次执行过程,它是一个动态的概念。   

    程序可以作为一种软件资料长期存在,而进程是有一定生命期的。程序是永久的,进程是暂时的。   

    进程更能真实地描述并发,而程序不能。

    进程是由进程控制块、程序段、数据段三部分组成。

    进程具有创建其他进程的功能,而程序没有。   

    同一程序同时运行于若干个数据集合上,它将属于若干个不同的进程。也就是说同一程序可以对应多个进程。   

    在传统的操作系统中,程序并不能独立运行,作为资源分配和独立运行的基本单元都是进程。

    二、线程

    1.与进程的区别:

    (1)进程是资源分配的基本单位。所有与该进程有关的资源,都被记录在进程控制块PCB中。以表示该进程拥有这些资源或正在使用它们。   

    进程是抢占处理机的调度单位,它拥有一个完整的虚拟地址空间。   

    与进程相对应,线程与资源分配无关,它属于某一个进程,并与进程内的其他线程一起共享进程的资源。   

    (2)当进程发生调度时,不同的进程拥有不同的虚拟地址空间,而同一进程内的不同线程共享同一地址空间。   

    (3)线程只由相关堆栈(系统栈或用户栈)寄存器和线程控制表TCB组成。寄存器可被用来存储线程内的局部变量,但不能存储其他线程的相关变量。   

    (4)发生进程切换与发生线程切换时相比较,进程切换时涉及到有关资源指针的保存以及地址空间的变化等问题。线程切换时,由于同进程内的线程共享资源和地址空间,将不涉及资源信息的保存和地址变化问题,从而减少了操作系统的开销时间。

    (5)进程的调度与切换都是由操作系统内核完成,而线程则既可由操作系统内核完成,也可由用户程序进行。

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