进程和多线程

news2024/12/25 23:41:01

进程

1. 如何管理进程

2. 进程调度

3. 内存管理

4. 进程间通信

多线程

线程和进程的关系：

线程安全问题

进程

一个正在运行的程序,就是一个 进程,进程是一个重要的 "软件资源",是由操作系统内核负责管理的。每个进程都对应一些资源,在上图中每个进程都占用了内存,CPU,磁盘等,也可以认为进程是操作系统资源分配的基本单位。

1. 如何管理进程

我们通过组织＋描述的方法来管理进程

描述： 使用结构体来描述进程属性，我们把这样的结构体叫做PCB(进程控制块）

组织： 通过双向链表来把多个PCB给连接在一起。

创建一个进程：本质上是创建一个PCB结构体，把它插入到链表中。

销毁一个进程：把链表上的PCB节点删除掉。

任务管理器查看进程列表：本质上是遍历PCB链表。

2. 进程调度

1. pid 进程的身份标识（唯一的数字），每个进程都对应一个身份标识。

2. 内存指针 指向了自己的内存有那些，进程占用了那些资源。

3. 文件描述符表 硬盘上的文件等其他资源。

在资源分配中，进程有很多个，而我们的处理器又很少，在这种情况下，我们希望每个进程能够“同时运行”，就引入了并行和并发两个概念。

●并行：微观上同一时刻，两个核心上的进程，就是同时执行的

●并发：微观上，同一时刻，一个核心上只能运行一个进程，但是它能够快速的切换（比如电灯闪烁的频率高了人就感觉电灯是常亮的）宏观上人们感知不到，我们感觉几个进程是在同时运行的。

并行和并发都是由内核负责处理的，应用程序感知不到，因此我们把并行和并发统称为并发。

操作系统中有一个重要的模块调度器,就让有限的CPU来调度执行多个进程

4.进程调度的相关属性

(1) 进程的状态

●就绪状态: 进程随时准备去CPU上执行

●运行状态: 正在运行的进程

●阻塞状态: 短时间无法到CPU上执行

(2) 优先级

进程也是有优先级的,操作系统在进行调度的时候,有的进程CPU就分配的多,有的分配的少,有的先分,有的后分,这就叫进程的优先级

(3) 上下文

操作系统在进行进程切换的时候,就需要把进程执行的"中间状态"记录下来,保存好,等下次这个进程在cpu上运行的时候,就可以回复上次的状态.,接着往下执行, 相当于 "存档,读档"。

(4) 记账信息

操作系统统计每个进程在CPU上占用的时间和执行的指令数目，根据这个来决定下个阶段如何调度。

3. 内存管理

早期的操作系统，程序运行时分配的内存，就是物理地址

针对进程使用的内存空间,进行隔离,引入了虚拟地址空间，代码里不在直接使用真实的物理地址，而是使用虚拟的地址，由操作系统和专门的硬件设备负责进行虚拟地址到物理地址的转换。

虚拟地址空间主要就是为了避免进程之间的相互影响。

4. 进程间通信

在上面虽然进行了进程间的隔离，但有些时候，进程之间需要进行数据的交互，我们采用进程间通信来实现进程间的交互。我们需要一个多个进程都能访问到的“公共空间”，基于这个公共空间来进行数据的交互。

多线程

在如今,CPU已经进入到多核心时代,要想进一步提高程序的运行速度,就要充分利用CPU的多核心资源,其实,多进程已经可以解决并发编程的问题,已经可以利用CPU的多核资源了,但多进程也有一些弊端,进程太重了（多进程消耗的资源多,并且速度慢）。比如创建一个进程开销较大,销毁一个进程开销太大,调度一个进程,开销较大。因此线程应运而生,线程也叫轻量级编程,在解决并发编程的问题下,让创建,调度,销毁的速度更快。线程把申请资源，释放资源的操作给省下了。