大话操作系统之进程与线程

Posted 2021-04-19 叁研良语

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了大话操作系统之进程与线程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

本节内容的管程与线程它们之间并没有直接联系，我们放在一起是作为进程管理的补充内容。管程的引入是为了解决进程同步问题。而线程主要是为了解减少并发执行的时间与空间开销。

一、管程的基本概念

利用信号量实现进程同步，大量的同步操作分散在各个进程中使系统管理麻烦，同步操作使用不当会引起死锁，于是我们引入进程同步的工具，管程，用来解决同步与互斥问题。

1. 管程的组成

管程由四部分组成：

（1）管程的名称

（2）局部于管程的共享变量说明

（3）对该数据结构进行操作的一组过程

（4）对管程中数据设置初值的语句

2. 管程的特性

（1）任何管程外的过程都不能访问管程内的数据结构。管程相当于围墙，将共享变量和对它进行操作的若干过程围了起来，进程只要访问临界资源就必须通过管程。

（2）管程每次只允许一个进程进入管程，实现了互斥。

（3）使用信号量的效率比管程高。

（4）管程结构在一些程序设计语言中得到实现。如并发Pascal和Java，C#等，它还被作为一个程序库实现。

（5）管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行（在该数据结构上）的一组操作，这组操作能同步进程，改变管程中的数据。

二、线程

进程的引入提高了计算机资源的利用率，在进一步提高进程的并发性时，进程切换开销的比重越来越大，同时进程通信的效率也受到限制。

因此人们开始引入线程—更小的独立运行的基本单位，也叫轻量进程，提高系统内程序的并发程度，提高系统效率，增大系统作业的吞吐量。

1. 什么是线程

我们可以从两个方面来重新理解一下进程。

从运行的角度：代码在这个资源平台上一条执行流程（线程）。线程是处理机调度中最接近硬件的部分，是最低级的调度。

因而，线程，简单的来说可以理解为进程当中的一条执行流程。

2. 线程的基本概念

线程的属性：

（1）共享进程资源。

（2）轻型实体

每个线程只拥有少量资源：

1、线程标识符

2、线程控制块TCB。TCB用于保存PC，一组寄存器（存放少数状态参数）

4、用于存放线程局部变量和用户栈的私有存储区

（3）线程是处理机调度的单位区别于进程是资源分配的单位

（4）线程可并发执行

3.线程的优缺点

线程的优点：

一个进程中可以同时存在多个线程；

各个线程之间可以并发地执行；

线程的创建和终止时间比进程短；

各个线程之间可以共享内存和文件资源，因此可进行直接通信而不需要通过OS的内核。

线程的缺点：

一个线程崩溃，会导致其所属进程的所有线程崩溃

4.进程与线程的比较

他们有一比较形象的公式比较：线程＝进程 — 共享资源

具体的区别如下表总结

进程	线程
多线程系统中进程是资源分配的单位	线程是处理机调度单位，只拥有必不可少的资源，如：线程状态、寄存器上下文和栈。
进程的引入提高了计算机资源的利用率，但大量进程并发执行，进程切换开销大	线程减少了并发执行的时间和空间开销
进程间通信复杂	线程间可以直接读写进程数据段来进行通信, 需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性
就绪、阻塞和执行三种基本状态	就绪、阻塞和执行三种基本状态

5.操作系统对线程的支持

用户级线程	内核线程
仅存在于用户空间中，线程使用无需内核的支持	由OS支持，无论是用户进程中的线程，还是系统进程中的线程，其创建、撤销和切换等，都是依靠内核实现的。
应用进程利用线程库函数来控制用户线程。调度由应用软件内部进行，采用非抢先式和更简单的规则，无需用户态/核心态切换，速度快	线程的创建和管理慢于用户级线程。
一个线程发起系统调用而阻塞，则整个进程都要等待。	一个线程执行了阻塞系统调用，整个进程不会阻塞。能在多处理机上并行执行。
时间片分配给进程，进程内有多线程时，则每个线程执行时间相对就少。