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进程线程的概念,讲的很详细
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2011-04-14
08:33:02
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介绍进程线程很详细的资料哦,对学习编程语言很有帮助。面试的时候也会经常被问到这样的问题
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提起程序这个概念,大家再也熟悉不过了,程序与进程概念是不可分的。程序是为了
完成某项任务编排的语句序列,它告诉计算机如何执行,因此程序是需要运行的。程序运
行过程中需要占有计算机的各种资源才能运行下去。如果任一时刻,系统中只有一道程序,
即单道程序系统,程序则在整个运行过程中独占计算机全部资源,整个程序运行的过程就
非常简单了,管理起来也非常容易。就象整个一套房子住了一个人,他想看电视就看电视,
想去卫生间就去卫生间,没人和他抢占资源。但为了提高资源利用率和系统处理能力,现
代计算机系统都是多道程序系统,即多道程序并发执行。程序的并发执行带来了一些新的
问题,如资源的共享与竞争,它会改变程序的执行速度。就象多个人同时住一套房子,当
你想去卫生间的时候,如果此时卫生间里有人,你就得等待,影响了你的生活节奏。如果
程序执行速度不当,就会导致程序的执行结果失去封闭性和可再现性,这是我们不希望看
到的。因此应该采取措施来制约、控制各并发程序段的执行速度。由于程序是静态的,我
们看到的程序是存储在存储介质上的,它无法反映出程序执行过程中的动态特性,而且程
序在执行过程中是不断申请资源,程序作为共享资源的基本单位是不合适的,所以需要引
入一个概念,它能描述程序的执行过程而且可以作为共享资源的基本单位,这个概念就是
进程。
进程的生命周期
进程和人一样是有生命的,从诞生到死亡要经历若干个阶段。一般说来进程有三种状
态:就绪、执行、等待。由多种原因可以导致创建一个进程,例如一个程序从外存调入内
存开始执行,操作系统就要为其创建进程,当然还可以有其它原因,如一个应用进程为完
成一个特殊的任务,可以自己创建一个子进程。进程被创建后就是在内存中,处于就绪状
态,所谓就绪状态就是具备除了 CPU 之外的所有资源,万事具备,只欠东风,一旦占有
了 CPU,就变成了执行状态,执行中如果需要等待外围设备输入数据,则进程就沦落为
等待状态,操作系统又会从就绪状态队列中调度一个进程占有 CPU。等到数据到来后,
等待状态的进程又被唤醒成为就绪状态。这些状态的转换是通过进程控制原语实现的。程
序的运行是通过进程体现的,操作系统对进程进行管理和控制,那么操作系统怎么了解到
进程的状态呢,怎么把资源分配给进程呢,而且进程做状态转换时 CPU 现场保存在那呢?
这要说到 PCB(进程控制快)。PCB 是进程的唯一标志,在其中记录了进程的全部信息,
它是一种记录型的数据结构,相当于进程的档案。操作系统就通过 PCB 感知进程的存在,
通过 PCB 了解进程和控制进程的运行。PCB 也是放在内存中的,如果 PCB 太大,有些系
统把 PCB 中一些不重要的信息放在外存中。
进程执行速度的制约
并发进程由于共享系统内部资源,因此导致进程执行速度上的制约,这种制约分为:
间接制约与直接制约。间接制约引起进程之间的互斥执行,直接制约引起进程间的同步执
行。例如一个家里如果只有一个卫生间,卫生间这个公有资源使得每个人只能互斥使用它,
这就是间接制约。而直接制约是指并发进程各自执行的结果互为对方的执行条件,例如司
机与售票员的关系,当司机到站停车后,售票员才能开门,而只有售票员关门后,司机才
能开车,他们之间是同步的。进程的互斥与同步可以很好的通过信号量和 PV 原语来实现。
通过读一些同步与互斥的例子,你会体会到 PV 原语的精妙,也会感到一种乐趣。并发进
程的资源竞争不当还会导致死锁现象。
从单进程单线程到多进程多线程是操作系统发展的一种必然趋势,当年的 DOS 系统
属于单任务操作系统,最优秀的程序员也只能通过驻留内存的方式实现所谓的"多任务",
而如今的 Win32 操作系统却可以一边听音乐,一边编程,一边打印文档。
理解多线程及其同步、互斥等通信方式是理解现代操作系统的关键一环,当我们精通
了 Win32 多线程程序设计后,理解和学习其它操作系统的多任务控制也非常容易。许多
程序员从来没有学习过嵌入式系统领域著名的操作系统 VxWorks,但是立马就能在上面
做开发,大概要归功于平时在 Win32 多线程上下的功夫。
因此,学习 Win32 多线程不仅对理解 Win32 本身有重要意义,而且对学习和领会其
它操作系统也有触类旁通的作用。
进程与线程
先阐述一下进程和线程的概念和区别,这是一个许多大学老师也讲不清楚的问题。
进程(Process)是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。程序只是一组指令的有序集合,它本身没有
任何运行的含义,只是一个静态实体。而进程则不同,它是程序在某个数据集上的执行,
是一个动态实体。它因创建而产生,因调度而运行,因等待资源或事件而被处于等待状态,
因完成任务而被撤消,反映了一个程序在一定的数据集上运行的全部动态过程。
线程(Thread)是进程的一个实体,是 CPU 调度和分派的基本单位。线程不能够独
立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程执行控制。
线程和进程的关系是:线程是属于进程的,线程运行在进程空间内,同一进程所产生
的线程共享同一内存空间,当进程退出时该进程所产生的线程都会被强制退出并清除。线
程可与属于同一进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源,但是其本身基本上不拥有系
统资源,只拥有一点在运行中必不可少的信息(如程序计数器、一组寄存器和栈)。
根据进程与线程的设置,操作系统大致分为如下类型:
(1)单进程、单线程,MS-DOS 大致是这种操作系统;
(2)多进程、单线程,多数 UNIX(及类 UNIX 的 LINUX)是这种操作系统;
(3)多进程、多线程,Win32(Windows NT/2000/XP 等)、Solaris 2.x 和 OS/2 都是
这种操作系统;
(4)单进程、多线程,VxWorks 是这种操作系统。
在操作系统中引入线程带来的主要好处是:
(1)在进程内创建、终止线程比创建、终止进程要快;
(2)同一进程内的线程间切换比进程间的切换要快,尤其是用户级线程间的切换。
另外,线程的出现还因为以下几个原因:
(1)并发程序的并发执行,在多处理环境下更为有效。一个并发程序可以建立一个
进程,而这个并发程序中的若干并发程序段就可以分别建立若干线程,使这些线程在不同的
处理机上执行。
(2)每个进程具有独立的地址空间,而该进程内的所有线程共享该地址空间。这样
可以解决父子进程模型中,子进程必须复制父进程地址空间的问题。
(3)线程对解决客户/服务器模型非常有效。
进程是计算机进行资源分配和独立运行的基本单位。
3.1 进程的引入
引入进程是为了使多道程序并发执行。
1.程序的顺序执行
一个程序通常由若干个程序段所组成,它们必须按照某种先后次序来执行,仅当前一个操作执行
完后才能执行后继操作,这类计算过程就是程序的顺序执行过程。
例如:先输入→再计算→最后输出,即:I→C →P。
程序顺序执行时的特征
顺序性:处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行,即每一个操作必须在下一个操作开始之
前结束。
封闭性:程序一旦开始运行,其执行结果不受外界因素影响。
可再现性:只要程序执行时的初始条件和执行环境相同,当程序重复执行时,都将获得相同的结
果。
2.程序的并发执行
程序的并发执行是指若干个程序(或程序段)同时在系统中运行,这些程序(或程序段)的执行在时间
上是重叠的,一个程序(或程序段)的执行尚未结束,另一个程序(或程序段)的执行已经开始。
前驱图
前驱图是一个有向无循环图,图中的每个结点可以表示一条语句、一个程序段或进程,结点间的
有向边表示语句或程序段的执行次序。
程序并发执行例
进程 1、2、3 并发执行。对每个进程而言,其输入、计算和输出这三个操作必须顺序执行。它们
之间存在如下先后关系:
I1 先于 C1 和 I2 , C1 先于 P1 和 C2 , P1 先于 P2
I2 和 C1 , I3、 C2 和 P1 可以并发。
与时间有关的错误例
程序并发执行时可能出现与时间有关的错误。
例
进程 1:r1=x; 进程 2:r2=x;
r1++; r2++;
x=r1; x=r2;
设在两进程运行之前,x 的值为 0。则两进程运行结束后,x 值可为:
Bernstein 条件
读集:语句执行期间要引用的变量集合,记为 R(Si)={a1,…,am}
写集:语句执行期间要改变的变量集合,记为 W(Si)={b1,…,bn}
Bernstein 条件能保证两条相继的语句并发执行而不会产生与时间有关的错误:
R(Si)∩ W(Sj)={ }
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资源评论
- 骄子喝牛奶2013-05-15学习线程时一份不错的资料
Justlinux2010
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