线程与进程的联系与区别

时间：2020-04-02 22:16:28 阅读：137 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

本文是操作系统系列的第二篇文章，介绍操作系统中的核心概念进程和线程。原文链接，更多内容见公号机器学习与系统，欢迎与我互动~

进程

进程是一个动态概念，表示程序在一个数据集合上的一次动态执行过程。进程包含正在运行的一个程序的所有状态信息：

进程可以动态创建和结束，多个进程可以并发执行，不同进程间互不影响(操作系统实现)。同时进程间又相互制约，它们因访问共享数据/资源或进程间同步而产生制约。

程序是静态的，它是文件。进程是动态的，是执行中的程序，进程=程序+执行状态。

进程控制块(PCB, Process Control Block)是操作系统用来管理进程运行的数据结构。每个进程都在操作系统中有一个对应的PCB，因此PCB是进程存在的唯一标志。

当进程创建时，生成PCB。进程终止时，操作系统会回收它的PCB。PCB的主要内容如下：

操作系统中的PCB可以通过链表和索引表来组织。

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链表结构中：

索引表结构中：

按照进程的生命周期，可以划分不同的状态(因操作系统而异)，常用的状态有：

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为了更好利用内存资源、减少进程占用内存，处在挂起状态的进程映像存储在磁盘上。此时进程的状态转换图更新如下：
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等待挂起状态(Blocked-suspend)：外存中处于等待状态的进程，等待某事件的出现
就绪挂起状态(Ready-suspend)：进程在外存，但只要进入内存，即可运行
挂起(Suspend)：把一个进程从内存转到外存
- 等待->等待挂起：没有进程处于就绪状态或就绪进程需要更多内存
- 就绪->就绪挂起：当有高优先级等待（系统认为会很快就绪的）进程和低优先级就绪进程
- 运行->就绪挂起：对抢先式分时系统，当有高优先级等待挂起进程因事件出现而进入就绪挂起
在外存时的状态转换
- 等待挂起->就绪挂起：当有等待挂起进程因相关事件出现
激活(Activate)：把一个进程从外存转到内存
- 就绪挂起->就绪：没有就绪进程或挂起就绪进程优先级高于就绪进程
- 等待挂起->等待：当一个进程释放足够内存，并有高优先级等待挂起进程

上述的状态转换比较多，在理解时需要明白：挂起是为了解决内存资源，当进程状态->挂起时，应该从节约内存的角度思考。

程序执行的任务往往是复杂的，以MP3播放器为例，它需要执行3个核心任务：

void main(void) {
  read();
  decompress();
  play();
}

read() {...}
decompress() {...}
play() {...}

单进程各个程序是串行的，影响资源的使用效率，即播放效果不好。但是如果改成多进程的话，系统开销变大，创建进程、进程结束、进程切换等需要更多的系统开销。

因此，提出一种新的解决方案：在进程中增加一些实体，实体间可以并发执行并且共享相同的地址空间，这就是线程(thread)。

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线程是进程的一部分，描述指令流执行状态，它是进程中指令执行流的最小单元，是CPU调度的基本单位。

进程是资源分配维度的概念：由一组相关资源构成，包括地址空间（代码段、数据段）、打开的文件等各种资源。

线程是处理机调度维度的概念：描述在进程资源环境中的指令流执行状态。

所以线程的粒度比进程要细一些。

线程 = 进程 - 共享资源

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进程是程序整体的资源分配单位，线程是CPU调度单位
进程拥有一个完整的资源，线程只独享指令流执行的必要资源，如寄存器和栈
线程状态少，只有就绪、等待和运行三种基本状态及状态间的转换关系
线程能减少并发执行的时间和空间开销
- 线程的创建和终止时间比进程短
- 线程更轻量，同一进程内线程间切换时间比进程短
- 由于同一进程的各线程间共享内存和文件资源，可不通过内核进行直接通信