进程和线程

news2024/9/28 11:17:17

1.关于进程

进程基本概念

进程(process)也叫任务(task)。

进程是操作系统对一个正在运行的程序的一种抽象。也就是说,可以把进程看作程序的一次运行过程。 (一个正在运行的程序——>进程。没有跑起来就不算是一个进程)。

在操作系统内部,进程又是操作系统进行资源分配基本单位。——>每个进程都对应一些资源

job和process的关系: job——>process是job的一种具体实现,但是job不一定全是process。

进程是一个重要的“软件资源”,由操作系统内核负责管理:描述+组织

PCB和进程

计算机内部要管理任何现实食物,都需要将其抽象成一组有关联的、互为一体的数据(在Java中,可以通过类/对象来描述这个特征)

每一个PCB对象,就代表着一个实实在在运行着的程序,也就是进程。

描述:

讲清楚都有哪些属性特征。

使用结构体(C语言的结构体——>操作系统基本上都是C/C++来写的)来描述进程属性

用来描述进程的结构体——>PCB(进程控制块)

PCB里有哪些描述了进程的特征:

  • pid进程的身份标识符(唯一的数字)

  • 内存指针:指向了自己的内存是哪些

  • 文件描述符表:硬盘上的文件等其他资源

  • 内存指针和文件描述符表描述了进程持有哪些硬件资源。

由于CPU的资源不好分配。

现在大多数的CPU都是多核CPU,而日常生活工作中,存在多个进程但是CPU少。我们希望这些进程可以“同时运行”——>分时复用

并行:微观上同一时刻,两个核心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,但是它能够对进程快速地进行切换(只要切换数独足够快,宏观上人感知不到,人看起来就感觉这些进程在同时运行,但是微观上并不是同时进行的)

并行和并发由内核负责处理(应用程序感知不到)往往也把并行和并发统称为并发。

组织:

通过一定的数据结构把多个这样的基本单位串起来。

通过双向链表来把多个PCB串到一起。

创建一个进程,本质上就是创建一个PCB这样的结构体对象,把它插入到链表中。

销毁一个进程,本质上就是把链表上的PCB节点删除掉。

任务管理器查看进程列表,本质上就是遍历这个PCB链表。

调度器

操作系统中有一个重要的模块:调度器。就负责让有限的CPU来调度执行许多的进程(让这些进程看起来在同时进行)

进程调度相关的属性:

进程的状态:
  • 就绪状态:随叫随到。进程随时准备好上CPU执行。

  • 运行状态:正在CPU上执行。

  • 阻塞状态:短时间内无法响应,也无法到CPU上执行。

很多操作系统不会明确区分就绪状态和运行状态。
优先级:

先给谁排,后给谁排,给谁排多点,给谁排少点。(进程也是有优先级的,而不是一碗水端平的。

上下文:

本质上就是存档的内容

操作系统在进行进程切换的时候,需要将进程执行的“中间状态”记录下来,保存好。‘存档’

下次这个进程再上CPU上运行的时候,就可以修复上次的状态然后继续向下执行

进程的上下文就是CPU中各个寄存器的值。

寄存器是CPU内置的存储数据的模块保存的就是程序运行过程中的中间结果

保存上下文就是把这些CPU寄存器的值记录保存到内存中。

恢复上下文就是把内存中的这些寄存器值恢复回去。

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,根据这个来决定下一阶段该如何调度。

内存管理

内存(物理上是内存条——>可以存很多数据)

内存——>随机访问(闪现)——>数组取下标操作是O(1)

2.认识线程

一个线程就是一个“执行流”,每个线程之间都可以按照顺序执行自己的代码。多个线程之间“同时”执行着多份代码。

PCB和进程

PCB是使用链表来组织的(这句话并不具体),实际情况并不是一个简单的链表,而是一系列以链表为核心的数据结构。

操作系统对于调度这种事情只认PCB(系统内核中看不到‘进程’‘线程’这样的概念)。

一个进程可以包含一个线程(一个PCB)或者是多个线程(多个PCB)。

同一时刻,操作系统上有很多的进程,内核里就管理着十几号,上百号的PCB。这些PCB轮番去系统上调度执行,操作系统并不关心这些PCB哪些是一个进程中的。

如果每个进程有多个线程,那么每个线程都是独立上CPU调度的(线程是系统调度执行的基本单位)。每个线程也都有着自己的执行逻辑(执行流)

线程和进程

线程和进程的关系进程包含线程一个进程可以包含一个线程或者是多个线程,但不能没有

线程比进程更轻量——>把申请资源/释放资源的操作省下了。

只有第一个线程启动的时候,开销是比较大的,后续的线程就比较省事。

同一个进程的多个线程之间共用了进程的同一份资源(内存和文件描述符表)

内存:在线程1中new的对象,在其他线程中都可以使用。

文件描述符表:线程1打开的文件,在其他线程中都可以直接使用。

Java语言的特点:跨平台。(一次编译到处运行)

  1. 不同版本的JVM支持的·。

  1. 不同的JVM内部都封装了。

  1. 不同系统的API都执行同样的规则。

进程和线程的区别:

进程是包含线程的,每个进程至少有一个线程存在,即主线程

进程和进程之间不共享内存空间,同一进程的线程之间共享同一个内存空间。

进程是系统分配资源的最小单位,线程是系统调度的最小单位。

Java的线程和操作系统线程的关系

线程是操作系统中的概念,操作系统内核实现了线程这样的机制,并且对用户层提供了一些API供用户使用。

Java标准库中的Thread类可视为是对操作系统提供的API进行了进一步的抽象和封装。

补充内容:

  • 一个核心上执行的是一个线程。操作系统在调度的时候不关心进程只关心线程。

  • 一个线程也是通过一个PCB来描述的。

  • 一个进程里面可能是对应一个PCB也可能是对应多个。

  • PCB里的状态,上下文,优先级,记账信息,都是每个线程有自己的,各自记录各自的,但是在同一个进程里的PCB之间的pid是一样的,内存指针和文件描述符表也是一样的。

  • “调度”已经和进程没什么关系了,进程专门负责资源分配。线程来接管和调度相关的一切内容。

  • 增加线程的数量时,不是可以一直提高速度的(线程太多,核心数目有限,不少的开销反而浪费在线程的调度上了。

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