进程和线程

Posted 2020-11-08 hello world

进程

        为了帮助大家理解什么是进程，以厨师做蛋糕为例。厨师做蛋糕，首先需要厨师（CPU），其次，需要食谱（程序）和原料(输入数据)，而用原料做蛋糕的一些列动作的总和就是进程。某天厨师正在后厨做着蛋糕，突来听到儿子哭着跑进后厨，说自己被蜜蜂蛰了 ，厨师放下手中工具，并记录下当前做到哪一步了（保存上下文信息） ，然后拿出急救手册，按其中的说明为儿子进行处理（开始另外一个进程）

 

   文件是对I/O设备的抽象    虚拟存储器是对文件和主存的抽象    指令集是对CPU的抽象     进程是对指令集和虚拟存储器的抽象

           

 

     从上图看出，进程包括指令集和虚拟存储器，虚拟存储器包括用户栈、堆、程序数据和程序代码，用户栈从上往下生长，堆从下往上生长，程序数据和程序代码从可执行文件加载而来

        

        CPU运行到地址为304的指令， 假设CPU时间片刚好用完，就需要进行进程切换，在进行进程切换之前，需要保护现场，即保存寄存器信息、PC、打开的文件， 代码段地址、数据地址、堆栈信息等，这些信息称为进程的上下文。当操作系统切换到进程时，首先将进程2的上下文信息加载到操作系统中，找到PC，然后接着执行就可以了。

        进程的上下文信息是以某个数据结构保存在内存中的，而这种数据结构就是PCB(task_struct)。

     

struct task_struct{
  pid_t pid://进程号
  long state;//状态
  cputime_t utime,stime;//cpu在用户态和 核心态下执行的时间
  struct files_struct *files;//打开的文件
  struct   mm_struct  *mm;//进程使用的内存
  ...
}

           

              进程的状态包括新建态、就绪态、等待态、运行态、退出态。

              

 

              进程被新建，然后进入到就绪状态，此时，进程并没有进入到运行状态，而是等待CPU调度，如果被CPU调度则进入到运行态，而当时间片用完时，进程从运行态返回到就绪态，而当等待I/O操作时，则由运行态进入阻塞态。需要注意的是：只有运行态的进程拥有CPU，而处于就绪态和等待态的进程只是处于内存，等待CPU调度，因此CPU调度是一个很关键的流程。

             CPU调度就是到底哪个进程占有CPU，它可以分为非抢占式和抢占式。非抢占式是指调度程序一旦把CPU分配给某一进程后便让它一直运行下去，直到进程完成或发生某件事件而不能运行时，才将CPU分配给其他进程。它适合批处理系统，简单、系统开销小。抢占式是指当一个进程正在执行时，系统可以基于某种策略剥夺CPU给其他进程。剥夺的原则有优先权原则、端进程优先原则、时间片原则，它适用于交互式系统。

 

 

线程

      进程之间是相互独立的，所以进程间数据共享只能通过内核实现，开销很麻烦，因此我们提出了线程这个概念。

      线程之间的数据是共享的；一个进程可以只有一个线程，也可以有多个线程（一个进程至少有一个线程）；当一个进程有多个线程时，每个线程都有一套独立的寄存器和堆栈信息，而代码、数据和文件是共享的。