进程和线程
lllllan ... 2022-4-21 About 9 min
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# 进程和线程的区别
概念：
- 进程：是并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位，是一个动态概念，竞争计算机系统资源的基本单位。
- 线程：是进程的一个执行单元，是进程内的调度实体。比进程更小的独立运行的基本单位。线程也被称为轻量级进程。
关系：
- 一个线程只属于一个进程，一个进程至少有一个线程
- 资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的资源
- 处理机分配给线程，真正在处理机上运行的是线程
- 线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。
区别：
| 进程 | 线程 | |
|---|---|---|
| 调度 | 分配和管理资源的基本单位 | 调度和分配的基本单位 |
| 资源 | 相互间独立 | 共享本进程的资源 |
| 健壮性 | 一个进程的崩溃不会影响其他进程 | 一个线程的崩溃会影响整个进程 |
| 并发性 | 可以并发执行 | 可以并发执行 |
| 系统开销 | 大 | 小 |
# 线程和协程的区别
协程的原理以及与线程的区别 - rhyme - 博客园 (cnblogs.com) (opens new window)
协程的概念，为什么要用协程，以及协程的使用_someone丶 (opens new window)
协程（Coroutines）是一种比线程更加轻量级的存在。协程完全由程序所控制（在用户态执行），带来的好处是性能大幅度的提升。
- 需要用户释放使用权切换到其他协程，因此 同一时间其实只有一个协程拥有运行权，相当于单线程的能力。
- 一个线程可以有多个协程，一个进程也可以有多个协程。
- 协程不被操作系统内核管理，而完全是 由程序控制。线程是被分割的CPU资源，协程是组织好的代码流程，线程是协程的资源。但协程不会直接使用线程，协程直接利用的是执行器关联任意线程或线程池。
- 协程能 保留上一次调用时的状态
- 协程 无需系统内核的上下文切换，开销更小
- 协程无需原子操作锁定及同步的开销，不用担心资源共享的问题
# 进程的状态
- 创建状态(new) ：进程正在被创建，尚未到就绪状态。
- 就绪状态(ready) ：进程已处于准备运行状态，即进程获得了除了处理器之外的一切所需资源，一旦得到处理器资源(处理器分配的时间片)即可运行。
- 运行状态(running) ：进程正在处理器上上运行(单核 CPU 下任意时刻只有一个进程处于运行状态)。
- 阻塞状态(waiting) ：又称为等待状态，进程正在等待某一事件而暂停运行如等待某资源为可用或等待 IO 操作完成。即使处理器空闲，该进程也不能运行。
- 结束状态(terminated) ：进程正在从系统中消失。可能是进程正常结束或其他原因中断退出运行。
- 运行态→阻塞态：往往是由于等待外设，等待主存等资源分配或等待人工干预而引起的。
- 阻塞态→就绪态：则是等待的条件已满足，只需分配到处理器后就能运行。
- 运行态→就绪态：不是由于自身原因，而是由外界原因使运行状态的进程让出处理器，这时候就变成就绪态。例如时间片用完，或有更高优先级的进程来抢占处理器等。
- 就绪态→运行态：系统按某种策略选中就绪队列中的一个进程占用处理器，此时就变成了运行态。
# 进程/线程的通信方式 ★
进程间通信 | lllllan (opens new window)
管道 | 有名管道 | 信号 | 消息队列 | 共享内存和信号量 | 套接字
第五章、Java线程间的通信 | lllllan (opens new window)
共享内存 | 消息传递 | 管道
# 进程/线程的同步方式 ★
同步与互斥 | lllllan (opens new window)
信号量 | 互斥量 | 管程 | 进程间通信
线程同步
信号量 | 互斥量 | 临界区 | 事件
# 进程的调度算法
处理机调度 | lllllan (opens new window)
不论是在什么系统中，进程数量一般都会多于处理及数量，这将导致他们呢相互争夺处理机。这时就需要通过进程调度，来分配不同进程使用处理机的顺序，让这些进程高效、及时、公平地使用CPU，以提高CPU利用率。
- 先来先服务调度算法 FCFS： 所有进程按照 先来后到 的方式依次进入就绪队列，然后按照顺序为队列中的进程逐个分配资源，使他立即执行并且一直执行到完成或发生某事件而被阻塞放弃占用CPU时再重新调度。
- 短作业优先调度算法 SJF： 从就绪队列中选出一个 估计运行时间最短 的进程为止分配资源，使他立即执行并且一直执行到完成或发生某事件而被阻塞放弃占用CPU时再重新调度。
- 时间片轮转调度算法 RR： 所有进程按照 先来后到 的方式一次进入就绪队列，然后按照顺序为队列中的进程逐个 分配固定时长的资源，执行完成或时间结束都将放弃占用CPU，未执行完将重新调度。
- 多级反馈队列调度算法： 根据先来先服务原则给就绪队列排序，为就绪队列赋予不同的优先级数，不同的时间片，按照优先级抢占CPU
- 优先级调度： 为每个流程分配优先级，首先执行具有最高优先级的进程，以此类推。具有相同优先级的进程以 FCFS 方式执行。可以根据 内存、时间或任何其他资源要求来确定优先级。
# 死锁
死锁 | lllllan (opens new window)
死锁是指多个进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，他们都将无法推进下去。
# 死锁产生的原因
- 系统资源不足
- 程序执行的顺序有问题
- 资源分配不当
# 死锁产生的条件
- 互斥： 指进程对所分配到的资源进行排他性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其他进程请求资源，则请求者只能等待，直到占有资源的进程释放。
- 请求和保持： 指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他进程占有，此时请求进程阻塞，但又对已获得的其他资源保持不放。
- 不剥夺： 指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
- 环路等待： 指在发生死锁时，必然存在一个进程-资源的环形链，即进程集合
{P0, P1, P2, ... , Pn}中的P0正在等一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源， ...... ，Pn正在等待一个P0占用的资源。
只有四个条件同时成立时，死锁才会出现。
# 进程和线程切换 ★
处理机调度 | lllllan (opens new window)
进程的切换过程_凝视阳光 (opens new window)
进程切换的流程：
- 挂起一个进程，保存 CPU 上下文，包括程序计数器和其他寄存器。
- 更新 PCB 信息（信息保存在进程控制块）
- 把进程的 PCB 移入相应的队列，如就绪、在某事件阻塞等队列。
- 选择另一个进程执行，并更新其 PCB。
- 跳转到新进程 PCB 中的程序计数器所指向的位置执行。
- 恢复处理机上下文
- （进程）切换新的页表，然后使用新的虚拟地址空间
- （进程、线程）切换内核栈和上下文
因为每个进程都有自己的虚拟地址空间，而线程是共享所在进程的虚拟地址空间的， 因此同一个进程中的线程切换时不涉及虚拟地址空间转换
# 线程分类
从线程的运行空间来说，分为用户级线程（user-level thread, ULT）和内核级线程（kernel-level, KLT）
内核级线程：这类线程依赖于内核，又称为内核支持的线程或轻量级进程。无论是在用户程序中的线程还是系统进程中的线程，它们的创建、撤销和切换都由内核实现
用户级线程：它仅存在于用户级中，这种线程是不依赖于操作系统核心的。应用进程利用线程库来完成其创建和管理，速度比较快，操作系统内核无法感知用户级线程的存在。
# 什么是临界区，如何解决冲突？▲
每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区，一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。
解决冲突的办法：
- 如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入，如已有进程进入自己的临界区，则其它所有试图进入临界区的进程必须等待；
- 进入临界区的进程要在有限时间内退出。
- 如果进程不能进入自己的临界区，则应让出CPU，避免进程出现【忙等】现象。