进程和线程

一、什么是进程

进程是：

• 一次程序的执行
• 程序及其数据在计算机上执行所发生的活动
• 时操作系统分配资源和调度的一个独立单位

进程分为内核进程、用户进程：

• 内核进程：就是操作系统内核，在开机时，磁盘中的内核程序加载进内存，成为内核进程
• 用户进程：一般讲的进程就是用户进程，就是应用程序的执行过程。

1.1 PCB

创建进程实质上是创建进程实体中的PCB（进程控制块），系统利用PCB描述和记录进程的基本情况和活动记录。

PCB包含以下信息：

• 进程标识符:
  • 外部标识符
  • 内部标识符
• 处理机状态
• 进程调度信息
• 进程控制信息

PCB组织管理方式：

• 线性方式：相当于用数组管理PCB
• 链接方式：相当于链表，根据进程的状态，会有三种不同的链表实现的队列（就绪队列、执行队列、阻塞队列）
• 索引方式：根据进程的状态，开几个数组，数组记录PCB的地址

1.2 进程的状态

• 就绪：分配好出CPU以外的必要资源后，其PCB会被放到就绪队列中
• 执行：获取到CPU后，其PCB会被放到执行队列中
• 阻塞：进程发生IO请求、申请缓冲区失败等暂时无法继续执行的操作时，就会阻塞。其PCB会被系统挪到阻塞队列中

进程状态切换：

• 就绪->执行：被调度，获取到CPU
• 执行->就绪：时间片用完
• 执行->阻塞: IO阻塞...
• 阻塞->就绪: IO完成...

1.3 进程间通信方式

• 管道
• 消息队列
• 共享内存
• 信号量
• 信号
• socket

二、什么是线程

早期的操作系统中都是以进程作为独立运行的基本单位，后来人们提出了比进程更小的进本单位----线程。

线程拥有传统进程所拥有的特征，所以又被称之为轻量级进程。初期以进程作为基本调度和分派单位时，都需要进行较大开销的上下文切换。而以线程作为基本调度和分派单位时，上下文切换的开销远低于进程，仅需保存和设置少量寄存器内容。

2.1 TCB

每个进程都有自己的PCB，同样的每个线程有自己的TCB（线程控制块）。

线程控制块用于记录控制管理线程的信息。

TCB包含以下信息：

• 现成标识符
• 一组寄存器
• 线程状态
• 优先级
• 线程私有的存储区
• 信号屏蔽
• 堆栈指针

2.2 线程状态

• 就绪状态：除了CPU，其它必要资源都一获得
• 执行状态：已经获得CPU且正在执行
• 阻塞状态：调用发生阻塞时，处于暂停状态

2.3 线程的实现

• 内核支持线程KST(kernel support thread)：在内核中实现的线程，是由内核管理的线程
• 用户级线程ULT(user level thread)： 在用户空间实现的线程，不是由内核管理的线程

基于ULT、KST可以实现n:1、1:1、n:m线程模型

• 轻量级进程LWP: LWP通过系统调用获得内核提供的服务，通过LWP把内核、用户级线程连接，同时也实现了隔离

一个进程可有一个或多个 LWP，每个 LWP 是跟内核线程一对一映射的，也就是 LWP 都是由一个内核线程支持，而且 LWP 是由内核管理并像普通进程一样被调度

在 LWP 之上也是可以使用用户线程的，那么 LWP 与用户线程的对应关系就有三种：

• 1 : 1，即一个 LWP 对应 一个用户线程；
• N : 1，即一个 LWP 对应多个用户线程；
• M : N，即多个 LWP 对应多个用户线程；

2.4 线程间通信方式

• 锁
• 信号量
• 信号