進程與線程

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一、進程特征和概念

前提：允許多個程序并發執行。

1.概念

PCB(process control block)進程控制塊，系統利用 PCB 來描述進程的基本情況和運行狀 態，進而控制和管理進程。

PCB是進程存在的唯一標志。

進程是進程實體的運行過程，是系統進行資源分配和調度的一個獨立單位。

2.特征

• 動態性：進程是程序的一次執行，所以他是有生命周期的。（基本特征）
• 并發性：引入進程的目的就是為了程序能夠并發執行。
• 獨立性：一個進程就是一個獨立的個體
• 異步性：由于進程的相互制約，使得進程具有執行的間斷性。
• 結構性：一個進程實體由程序段、數據段和進程控制塊三部分組成。

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二、進程的狀態與轉換

創建態

就緒態

運行態

阻塞態

結束態

幾個比較重要的轉換：

就緒態→運行態：獲得處理機資源（時間片）。

運行態→就緒態：獲得的時間片用完，或者在可剝奪的操作系統中被更高優先級的進程搶走時間片。

運行態→阻塞態：請求某一資源，或者等待某一事件發生。

進程以系統調用的形式請求操作系統提供服務，這是一種特殊的、由運行用戶態程序調用操作系統內核過程的形式。

阻塞態→就緒態：等待的事件到來時。

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三、進程控制

1.進程的創建

允許一個進程創建另一個進程，就是父進程和子進程。

創建過程如下：

1）分配唯一進程標志號，申請一個空白的PCB（有限的）。沒有就創建失敗了。

2）分配資源，分配用戶棧和內存資源，若資源不足就處于阻塞態，直到有資源被釋放。

3）初始化PCB。（標志信息、處理機狀態信息、處理機控制信息、設置進程的優先級等。）

4）如果就緒隊列未滿，就插入就緒隊列，等待被調度。

2.進程的終止

通常引起終止的事件

• 正常結束
• 異常結束
• 外界干預

終止過程：

1）根據標志符檢索PCB，讀取該進程狀態。

2）如處于執行狀態，立即終止執行，處理器資源也分出去。

3）若還有子孫進程，則終止其子進程。

4）將該進程的資源還給父進程（沒有就還給操作系統）。

5）將PCB從所在隊列（鏈表）刪除。

3.進程的阻塞與喚醒

阻塞：

1）找到PCB

2）若為運行態，則保護現場，然后轉為阻塞態

3）將該PCB插入等待隊列，交出處理機資源

喚醒：

1）在等待隊列中找到PCB

2）將其從隊列中移出，設置為就緒態

3）插入就緒隊列，等待調度

4.進程切換

進程切換是指處理機從一個進程的運行轉到另一個進程上運行。

1）保存處理機上下文，包括程序計數器和其他寄存器

2）更新 PCB 信息

3）把進程的 PCB 移入相應的隊列，如就緒、在某事件阻塞等隊列。

4）選擇另一個進程執行，并更新其 PCB

5）更新內存管理的數據結構。

6）恢復處理機上下文

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四、進程的組織

一個進程由以下三部分組成，最核心的就是PCB

1.進程控制塊

PCB是進程實體的一部分，是進程存在的唯一標志。

主要包括：描述信息、進程控制和管理信息、資源分配清單、和處理機關信息等。

1）描述信息：PID進程標識符，UID用戶標識符。

2）進程控制和管理信息：進程當前的狀態，優先級等信息。

3）資源分配清單：說明有關內存地址的狀況。

4）處理機相關信息：主要指處理機中各寄存器的值。

2.程序段

3.數據段

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五、進程的通信

管道可以理解為共享存儲的優化和發展 ，因為在共享存儲中，若某進程要訪問共享存儲空間， 則必須沒有其他進程在該共享存儲空間中進行寫操作，否則訪問行為就會被阻塞。管道通信中，存儲空間進化成了緩沖區，緩沖區只允許一邊寫入、另一邊讀出，因此只要緩沖區中有數據，進程就能從緩沖區中讀出，而不必擔心會因為其他進程在其中進行寫操作而遭到阻塞。

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六、線程概念和多線程模型

1.概念

線程由線程ID、程序計數器、寄存器集合和堆棧組成。

線程是進程中的一個實體。

有了線程這個概念后，進程作為除了CPU之外的系統資源分配單元，而線程則作為處理機的分配單元。

2.線程和進程的比較

1）調度

線程是獨立調度的基本單位，進程是擁有資源的基本單位。

也就是說，一個進程內的線程可以切換到另一個進程內的一個線程，但是資源不能。

2）擁有資源

線程不擁有系統資源

3）并發性

多個進程可以并發執行，多個線程也可以并發執行。

4）系統開銷

創建和撤銷進程時，涉及到很多系統資源的分配和回收。但是線程不擁有系統資源，創建和撤銷系統則不需要付出那么大的開銷。同樣，線程間的切換也比進程間的切換更容易實現。

5）地址空間和其他資源

進程之間互相獨立。

線程之間共享該進程的資源。

6）通信

進程間通信需要互斥手段的輔助。

線程可以直接讀寫進程數據段來實現通信。

3.線程的屬性

1）線程不擁有系統資源，但擁有唯一的標識符和一個線程控制塊。

2）不同的線程可以執行相同的程序

3）同一進程中各個線程共享該進程所擁有的資源

4）線程是處理機的獨立調度單元，多個線程可以并發執行。

5）線程生命周期也會有阻塞、就緒、運行等狀態

4.線程的實現方式

分為兩大類：

用戶級線程、內核級線程

5.多線程模型

1）多對一：

多個用戶級線程映射到一個內核級線程

2）一對一

一個用戶級線程映射到一個內核級線程

3）多對多

n個用戶級線程映射到m個內核級線程

總結

以上是生活随笔為你收集整理的单处理机系统的进程调度动态优先_操作系统复习笔记（王道）C2.1的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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