进程与线程相关
以下内容整理自互联网，仅用于个人学习
1. 进程
1.1 进程的定义
- 进程是程序运行的一次执行过程。
- 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行所发生的活动。
- 进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
为了使参与并发执行的程序（含数据）能独立的运行，必须为之配置一个专门的数据结构，称为进程控制块（Process Control Block，PCB）。系统利用PCB来描述进程的基本情况和运行状态，进而控制和管理进程。相应地，由程序段、相关数据段和PCB三部分过程了进程映像（进程实体）。所谓创建进程，实质上是创建进程映像中的PCB；而撤销进程实质上是撤销进程的PCB。值得注意的是，进程映像是静态的，进程则是动态的。
PCB是进程存在的唯一标识！
引入进程实体的概念后，我们可以把传统操作系统中的进程定义为：
进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
1.2 进程状态转换
- 运行状态：进程正在处理机上运行。但处理机环境下，每一时刻最多只有一个进程处于运行状态。
- 就绪状态：进程已处于准备运行状态，即进程获得了除了处理机之外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行。
- 阻塞状态：又称为等待状态。进程正在等待某一事件而暂停运行，如等待某资源为可用（不包括处理机）或等待输入/输出完成。即使处理器空闲，该进程也不能运行。
- 创建状态：进程正在被创建，尚未转入到就绪状态。进程创建需要多个步骤：首先申请一个空白的PCB，并向PCB中填写一些控制和管理进程的信息；然后由系统为该进程分配运行时所必需的资源；最后把该进程转入就绪状态。
- 结束状态：进程正从系统中消失，这可能是进程正常结束或其他原因中断退出运行。当进程需要结束运行时，系统首先必须置该进程为结束状态，然后进一步处理资源释放和回收等工作。
进程状态转换.jpg
- 就绪→运行：处于就绪状态的进程被调度后，获得处理机资源（分派处理机时间片），于是进程由就绪状态转运行状态。
- 运行→就绪：处于运行状态的进程在时间片用完后，不得不让出处理机，从而进程由运行状态转换为就绪。此外，在可剥夺的操作系统中，当有更高级的进程就绪时，调度程度将正执行的进程转换为就绪状态，让更高优先级的进程执行。
- 运行→阻塞：当进程请求某一资源（如外设）的使用和分配或等待某一事件的发生（如I/O操作的完成）时，它就从运行状态转换为阻塞状态。进程以系统调用的形式请求操作系统提供服务，这是一种特殊、由用户态程序调用操作系统内核过程的形式。
- 阻塞→就绪：当进程等待的时间到来时，如I/O操作结束或中断结束时，终端处理程序必须把相应的进程状态由阻塞状态转为就绪状态。
2. 线程
引入进程的目的，是为了使多道程序并发执行，以提高资源利用率和系统吞吐量；而引入线程，则是为了减少程序在并发执行时所付出的时空开销，提高操作系统的并发性能。
线程就是"轻量级进程"，它是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单元，由线程ID、程序计数器、寄存器集合和堆栈组成。线程自己不拥有系统资源，只拥有在运行中必不可少的资源，但与其他线程共享进程所拥有的全部资源。
线程也有 就绪、阻塞、运行 三种基本状态。
引入线程后，进程的内涵发送了改变：进程只作为除CPU以外系统资源
的分配单元，线程则作为处理机分配单元。
3. 进程与线程比较
3.1 调度
在传统操作系统中，用于资源和独立调度的基本单位都是进程。在引入线程的操作系统中，线程是独立调度的基本单位，进程是资源拥有的基本单位。统一进程中，线程的切换不会引起进程切换。在不同进程中的线程切换，如从一个进程内的线程切换到另一个进程的线程时，会引起进程切换。
3.2 资源
不论是传统操作系统还是设有线程的操作系统，进程都是拥有资源的基本单位，而线程不拥有系统资源（也有一点必不可少的资源），但线程可以访问其隶属进程的系统资源。
3.3 并发性
在引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，而且多个线程之间也可以并发执行，从而使操作系统具有更好的并发性，提高系统的吞吐量。
3.4 系统开销
由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、I/O设备等，因此操作系统所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销。
类似的，在进行进程切换时，涉及当前执行进程CPU环境的保存以及新调度到进程CPU环境的设置，而线程切换只需保存和设置少量寄存器内容，开销很小。
此外，由于同一个进程内的多个线程共享进程的地址空间，因此，这些线程之间的同步与通信非常容易实现，甚至无需操作系统的干预。
3.5 地址空间和其他资源（如打开文件）
进程的地址空间之间相互独立，同一进程的各线程间共享进程的资源，某进程内的线程对于其他进程不可见。
3.6 通信
进程间通信（IPC）需要进程同步和互斥手段辅助，以保证数据的一致性，而线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信。
