5.1 进程线程基础知识

进程

进程的基本定义：

进行的程序。代码经过编译，变成二进制可执行文件，运行这个可执行文件后，装载到内存中，然后CPU执行其中指令。

并行和并发：

并行指两个任务并列前行，并发指两个任务交替进行。

那么进程为什么会交替呢？因为有的进程会处于暂停等待状态，这时候就需要让出cpu的计算资源。因此，进程主要分三个状态：就绪，阻塞，运行
就绪：等别的进程用好cpu资源
阻塞：有事用不了cpu资源
运行：正在使用cpu资源

还有开始结束状态不说了

那么在阻塞的进程等待过程中，实际上占用这物理内存，这很难受，因此需要把这个物理内存交换到硬盘，等再运行的时候，再接入到物理内存
因此，还需要一个挂起状态，指进程实际上没有占用物理内存
因此：
阻塞挂起状态：指进程在硬盘等待某事的发生
就绪挂起状态：进程在硬盘，只要进入内存立马运行

进程的控制结构

进程控制块PCB process control block PCB

PCB和进程绑定：
包含进程描述信息(pid)，进程控制（当前状态，阻塞，就绪，运行），进程优先级。资源分配清单（关于内存地址，打开文件列表，和OI信息）。CPU相关信息，很重要，进程被切换时，状态保存在对应的PCB中，重新执行进程时，能从断点处继续执行

进程的控制

1、创建进程
申请一个空白的PCB并填写相关信息，分配资源，将这个pcb插入到就绪队列
2、终止进程
有三种：正常结束，异常结束，外界干预（kill）

3、阻塞进程
一旦一个进程被阻塞，只能由另一个进程唤醒
过程：寻找阻塞进程的PCB，然后将其转为阻塞，然后将PCB插入到阻塞进程中

4、唤醒进程
过程：
在该事件的阻塞队列中找到相应进程PCB，然后移出阻塞队列，标记为就绪状态，然后插入到就绪队列中等待调度

进程的上下文切换

一个进程切换到另一个进程，称为上下文切换

先介绍CPU的上下文切换：CPU中有着CPU寄存器和程序计数器，每次运行的时候都依赖的环境。CPU上下文切换就是把前一个任务的上下文（寄存器和程序计数器）保存下来，然后加载新任务的上下文，运行新任务。
系统内核保存的就是上一次的上下文信息

那么进程的上下文切换：
除了虚拟内存，栈，全局变量等用户空间的资源，还包括内核堆栈、寄存器等内核空间的资源。

线程

用于满足：实体之间可以并发运行，且共享地址空间

线程是进程中的一条执行流程。

同一进程内，多个线程可以共享代码段、数据段 、打开的文件等资源，但每个线程都有一套独立的寄存器和栈，这样可以确保线程的控制流是相对独立的。

线程和进程的比较

进程是资源（内存，文件）分配单位，线程是CPU的调度单位
进程拥有完整资源平台，线程只独享寄存器和栈
线程同样具有就绪、阻塞、执行的三种状态
现成能减少并发执行的时间和开销

线程比进程更能节约时间：
1、线程创建时间短（不需要像进程一样创建那么多，只需要寄存器和栈），共享进程的资源
2、线程终止时间快，释放的资源少
3、同一个进程内线程切换速度比进程快，因为线程共享一个虚拟空间，也就是同一个进程的线程的页表一样，不需要切换页表这个开销
4、数据交互时候不需要经过内核，这就使得线程之间的数据交互效率更高

线程的上下文切换

线程是调度的基本单位，进程是资源拥有的基本单位

线程的上下文切换的是什么？
1、若不同进程的线程，则切换过程和进程上下文一样
2、若相同线程，虚拟内存共享，因此只切换寄存器，栈等信息，因此开销很小

线程的实现

1、用户线程：在用户空间实现的线程，不是内核管理的，用户态的线程库来管理的线程

2、内核线程：在内核中实现的线程，内核管理

3、轻量级线程：内核中支持用户线程

用户线程，内核线程存在一对一，多对一，一对多的关系

用户线程

用户线程是基于用户态的线程管理库来实现的，线程控制块TCB(Thread Control Block)也是库中实现的，操作系统看不到，只能看到PCB（进程控制块）

因此操作系统不直接参与线程的管理和调度。

内核线程

调度