进程和线程

目录

认识进程

操作系统是如何管理进程的

PCB的属性

 并发和并行的联系和区别

进程的独立性

进程间的通信

认识线程

并发编程问题

为什么线程说比进程更加的“轻”呢？

认识进程

1.进程就“跑起来”的程序。

 2.那些.exe格式的文件都称为“可执行文件”，在双击这些文件之前，这些文件都会“静静”的待在硬盘上，不会对系统有任何影响；双击这些文件之后，操作系统会将这些文件加载到内存当中，并让CPU开始执行exe内部的一些指令(exe里面就存了很多这个程序对应的二进制指令)，这时exe文件就给执行起来了，开始进行一些具体的工作，把这些运行起来的可执行文件称为进程

操作系统是如何管理进程的

1.先描述进程（明确一个进程上的相关属性）。此处描述就是用就是用C语言的结构体（相当于Java当中的类）来描述的，而操作系统中这个描述进程的结构体称为“PCB”（process control block）进程控制块。

2.再组织若干个进程（使用一些数据结构，把很多描述进程的信息放到一起，方便进行增删改查），典型的就是利用双向链表将每个进程的PCB串起来。

这时候，所谓的“创建进程”就是先创建PCB，然后将PCB加到双向链表当中；

“销毁进程”就是在双向链表上找PCB，然后将PCB从双向链表上删除；“查看任务管理器”就是将遍历双向链表。

PCB的属性

基础属性

1.pid（进程id）进程的身份标识（进程的身份证号）。

2.内存指针，指明了这个进程要执行的代码/指令在内存的哪里，以及这个程序要执行依赖的数据在哪里。

3.文件描述符表，程序运行过程中，经常会跟文件打交道。进程每次打开一个文件就会在文件描述符表上多一项。（这个文件描述符表，就视为一个数组，里面的每一个元素又是一个结构体，就对应一个文件的相关信息）。

注意：一个进程一旦启动，不管你代码中是否写了打开/操作文件的代码，系统都会默认打开三个文件：标准输入：System.in  ， 标准输出：System.out  ， 标准错误：System.err。

 特殊属性（实现进程调度）

如何理解进程调度？

首先应该知道，现在的操作系统一般都是“多任务操作系统”（一个系统同一时间内执行了很多的任务），其前身是单任务操作系统（同一时间只能运行一个任务）。

1.状态，这个状态就是描述了当前这进程接下应该怎么去调度，如：就绪状态：随时可以去CPU上执行；阻塞/睡眠状态：暂时不可以去CPU上执行。

2.优先级，先给谁分配时间，以及给谁分配的多，给谁分配的少。

3.记账信息，统计每个进程分别被执行了多久，分别执行哪些指令，分别排队等了多久，给进程调度提供了依据。

4.上下文，就表示了上次进程被调出CPU时，当时程序的执行状态；下次进程进CPU时，就可以恢复之前的状态，然后继续往下执行。例如，进程进程被调出CPU时，要将CPU寄存器当中的数据全部存储到内存当中，这称为存档；进程再被带如进程中时，就可以从内存当中恢复数据到CPU寄存器当中，相当于读档。

 并发和并行的联系和区别

并行：微观上：两个CPU核心，同时执行两个任务的代码

并发：微观上：一个CPU核心，先执行一会任务1，再执行一会任务2，再执行一会任务3，接着再执行一会任务1，只要切换的足够快，在宏观上就像是多个任务同时执行。

注意：并行和并发这两件事，只在微观的条件下看得到区别（操作系统自行调度的结果），宏观上区分不了，所以一般统称为并发。

进程的独立性

介绍：进程的调度就是操作系统在考虑如何分配CPU资源给每一个进程，内存资源的分配依靠的是“虚拟地址空间”，如果某个进程出现了bug，进程崩溃，是否会影响到其他的进程呢？

为了保证“进程的独立性”，会把虚拟地址空间划分成很多份用于执行进程，这个时候进程间就相对独立，一个进程出现bug不会影响到其他进程了。

注意：那把虚拟地址空间划分为很多份，每一份分到的虚拟地址空间也不会太小；因为在系统中有80甚至100个进程在运行，但是在微观上同时运行的只有cpu的核心数个进程。

进程间的通信

介绍：进程之间通过虚拟空间各自隔离开，但在实际工作中的一些情况下，仍然是需要通过交互来实现更复杂的工作。

如以上的例子，被封锁的大楼，居民间不能接触。可以设置“公共空间”来进行物资传递。系统中也存在很多类似于这种“公共空间”的进程间通信机制，目前最主流的是以下两种：1.文件操作。2.网络操作（socket）。

认识线程

并发编程问题

首先应该了解到多进程也能实现并发操作。

但是多进程操作实际上是一个非常消耗资源的低效操作，因为创建进程需要分配内存和打开文件，销毁进程需要释放内存和释放文件，这样对于资源的申请和释放就是一个低效的操作。

这种情况下进行并发编程，很多进程同时进行创建和销毁操作，消耗资源是非常多的。

解决这个问题有两个方案：

方案一：创建进程池，即当这个进程不需要使用的时候，并不会将将这个进程销毁，而是将进程放入进程池当中，下次要使用这个进程的时候，就直接从进程池当中获取进程。这样一来，就可以避免创建和销毁进程的操作。但是线程池也存在问题：池子当中闲置的进程，同时也会消耗着系统资源，所以一般采用方案二。

方案二：使用线程来实现并发编程。原因是线程比进程更加的轻量，每一线程也能像进程那样执行一个任务（一段代码），也能够实现并发编程。在创建，销毁和调度方面消耗的资源也比进程要少一些。线程在Linux上也被称为轻量级进程（LWP light weight process）。

为什么线程说比进程更加的“轻”呢？

1.线程的重是因为它需要在系统资源当中申请和释放存在大的消耗。

2.进程是包含在线程当中的。一个进程和一个或者多个线程共用着相同的资源（内存+文件）。

3.创建线程只是在第一次创建时会消耗较大的资源，因为系统资源分配资源个进程是一个消耗较大的操作，等后续在这个进程当中创建和销毁线程时消耗的资源就低了，不必分配资源。

通过一个例子来理解这个问题。

把进程比做工厂，那么线程就是工厂当中的流水线。有A，B企业分别拥有两个生产效率相等的工厂且都只拥有一条生产线，这时两个企业都为了提高生产效率去进行扩建。A企业选择再建一个工厂含有一条生产线，B企业选择在工厂当中多建立一条生产线，对比可以发现：两家企业的这时候的生产效率是相同的，而A企业销毁的资源成本更大。