进程/线程要点

• 转自 http://www.cnblogs.com/qiaoconglovelife/p/5319779.html

• 进程与PCB

　　　　进程：进程是程序的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

　　　　进程实体（进程映像）：由程序段、相关数据段和PCB三部分构成。进程是动态的，进程实体是静态的。

　　　　PCB（进程控制块）：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；所谓创建进程，实际上是创建进程映像中的PCB；PCB是进程存在的唯一标志。

• 进程的状态

　　　　进程有5种状态，其中前3种是基本状态。

　　　　（1）运行态：进程正在处理机上运行。在单处理机的情况下，任一时刻最多只有一个进程处理运行态。

　　　　（2）就绪态：进程已经获得除处理机之外的一切所需资源，一旦得到处理机就可以进入运行态。

　　　　（3）阻塞态（等待态）：进程正在等待某一事件/某一资源而暂停运行。这时候，即使处理机空闲，该进程也不能进入运行态。

• 进程的创建过程

　　　　（1）分配ID与PCB：为新进程分配一个唯一的进程标识号，并申请一个空白的PCB（PCB是有限的）。若PCB申请失败则创建失败。

　　　　（2）分配资源：为新进程的程序和数据、以及用户栈分配必要的内存空间（在PCB 中体现）。注意：这里如果资源不足（比如内存空间），并不是创建失败，而是处于阻塞态。

　　　　（3）初始化PCB：主要初始化（1）标志信息（2）处理机状态信息（3）处理机控制信息，以及（4）设置进程的优先级等。

　　　　（4）调度：如果进程就绪队列能够接纳新进程，就将新进程插入到就绪队列，等待被调度运行。

　　　　注意，进程的创建是一个原子操作，执行期间不允许中断，它是一个不可分割的基本单位。

• 进程的终止

　　　　引起进程终止的事件主要有：

　　　　（1）正常结束

　　　　（2）异常结束：如存储区越界、非法指令、I/O故障等

　　　　（3）外界干预：如操作员或操作系统干预、父进程请求、父进程终止。

　　　　操作系统终止进程的过程如下：

　　　　（1）根据被终止进程的ID，检索PCB，从中读出该进程的状态

　　　　（2）若被终止进程处于执行状态，立即终止该进程的执行，将处理机资源分配给其他进程

　　　　（3）若该进程还有子进程，则应将其所有的子进程终止

　　　　（4）将该进程所拥有的资源，或归还给其父进程或归还给操作系统

　　　　（5）将该PCB从所在队列（链表）中删除。

• 进程之间的切换

　　　　（1）保存处理机上下文，包括程序计数器和其他寄存器。

　　　　（2）更新PCB信息。

　　　　（3）把进程的PCB移入相应的队列，如就绪、在某事件阻塞等队列。

　　　　（4）选择另一个进程执行，并更新其PCB。

　　　　（5）更新内存管理的数据结构。

　　　　（6）恢复处理机上下文。

　　　　注意：“调度”和“切换”的区别：调度是指决定资源分配给哪个进程的行为，是一种决策行为；切换是指实际分配的行为，是执行行为。一般来说，等有资源的调度，再有进程的切换。

 

• 线程

　　　　线程是轻量化的进程，是程序执行流的最小单位；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，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。

          在多线程环境下，每个线程拥有一个栈和一个程序计数器。栈和程序计数器用来保存线程的执行历史和线程的执行状态，是线程私有的资源。其他的资源（比如堆、地址空间、全局变量）是由同一个进程内的多个线程共享。
        1. 调度
        由于进程之间的线程共享同一个进程地址空间，因此在进程的线程之间做进程切换，并不会引起进程地址空间的切换，从而避免了昂贵的进程切换。当然不同进程组之间是需要进程切换的
       2. 拥有资源
       进程是操作系统中拥有资源的独立单位，在创建和撤销进程时，操作系统都会为进程分配和回收资源，资源包括地址空间，文件，IO，页表等。但是由于线程是依附与创建进程的，线程的代码段，数据段，打开文件，IO资源，地址空间，页表等都是和进程的所有线程共享的。
从上面我们看出线程并没有独立的地址空间，这就意味着隶属同一进程的所有线程栈，都在所属进程的地址空间中，他们的栈地址不同，但是如果操作栈时发生越界，是有可能破坏其他线程的栈空间的。
而进程实际上可以看作是主线程，它的栈和其它线程栈没有区别。
单线程只有一个栈，多线程则为每个线程都分配一个栈，并且这些栈的地址不同，可以通过如下方法验证这个结

• 进程与线程区别

线程是指进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体。与进程的区别:


(1)调度：线程作为调度和分配的基本单位，进程作为拥有资源的基本单位。


(2)并发性：不仅进程之间可以并发执行，同一个进程的多个线程之间也可并发执行。


(3)拥有资源：进程是拥有资源的一个独立单位，线程不拥有系统资源，但可以访问隶属于进程的资源.


(4)系统开销：在创建或撤消进程时，由于系统都要为之分配和回收资源，导致系统的开销明显大于创建或撤消线程时的开销。

• 线程独有的内容：

      线程ID

      寄存器集合，包括程序计数器和栈指针

      栈（用于存放局部变量和返回地址）

      errno

      信号掩码

      优先级

• 线程共享的内容：

      进程指令

      大多数数据

      打开的文件（即描述符）

      当前工作目录

      用户ID和组ID

• 相比进程

• ，线程有什么好处

　　　　（1）易于调度。

　　　　（2）提高并发性。通过线程可方便有效地实现并发性。进程可创建多个线程来执行同一程序的不同部分。

　　　　（3）开销少。创建线程比创建进程要快，所需开销很少。。

　　　　（4）利于充分发挥多处理器的功能。 

• 相比进程，线程有什么缺点

　　　　（1）线程之间的同步和加锁控制比较麻烦

　　　　（2）一个线程的崩溃影响到整个程序的稳定性

　　　　（3）线程多了之后，线程本身的调度也是一个麻烦事儿，需要消耗较多的CPU 

• 分离线程

  • 线程可以是可结合的，或者是可分离的；
  • 可结合的线程能够被其他线程收回其资源和杀死。在被其他线程回收之前，它的存储器资源（例如栈）是没有被释放的，相反一个分离的线程是不能被其他线程回收或杀死的。它的存储器资源在它终止时由系统自动释放；
  • 为避免存储器泄漏，每个可结合线程都应该被其他线程显式地收回，要么通过调用pthread_detach函数被分离；
  • 默认情况下，线程被创建成可结合的。

•  进程/线程间通信