操作系统第二章-（2.1进程与线程）

1.进程

1.1进程的概念、组成、特征

1.1.1进程的概念

（1）区分程序和进程

程序：是静态的，就是存放在磁盘的可执行文件：如：QQ.exe

进程：是动态的，是程序执行的一次过程：如可同时启动多次QQ程序。

同一个程序多次执行对应多个进程

问题：怎么区分各个进程？ ->当进程被创建时，操作系统会为该进程分配一个唯一的、不重复的"身份证"PID

操作系统对进程还要进行做如下的事:

这些信息就都会保存在一个数据结构PCB中，即进程控制块

1.1.2进程的组成（PCB）

**重点：**PCB是进程存在的唯一标志-操作系统对进程进行管理工作所需的信息都存在PCB中。

1.1.3进程组成（程序段、数据段）

PCB是给操作系统用的。程序段、数据段是给进程自己用的。

1.1.4程序是的运行

平时的程序是存放硬盘的，当我们想执行就要将可执行文件调入内存，同时操作系统为他建立一个PCB，操作系统操作就是CPU从内存中取指令。

进程实体（静态）是进程的快照-某一瞬间。

进程是进程实体的运行过程，是系统进行资料分配和调度的一个独立单位。

一个进程被"调度"，就是指操作系统决定让这个进程上CPU运行。

1.1.5进程的特点

需要注意的是：进程是独立获得资源的基本单位，到时候会和线程进行对比。

1.2进程的状态与转换

1.2.1进程状态的转换（丁字裤模型）

运行态转换成组塞态是主动的过程。

阻塞态转换成就绪态是被动的过程。

运行态也可以直接到就绪态，是因为时间片到，或主动让出CPU。

1.2.2进程的状态

单CPU，同一时刻只会有一个进程处于运行态。

问题：那操作系统怎么确定该进程处于那种状态?->进程PCB中，会有一个变量state来表示进程的当前状态。

1.2.3进程的组织

大致了解即可：进程的组织方式回答了，操作系统怎样把各个PCB组织起来的问题。

................1.3进程控制和1.4进程通信见下一个专题...........................................................................

2.线程

2.1线程的概念与特点

2.1.1什么是线程，为什么引入线程？

首先说：在最开始的时候，有两个程序，QQ聊天和QQ音乐，当没有引入进程时，两者不能同时运行，当引入进程时，就可以边进行QQ聊天和边听QQ音乐。

有的进程需要同时处理很多事情，如可以QQ可以继续文字聊天和视频。

线程是"轻量级进程"。

线程是一个基本的CPU执行单元，是程序执行流的最小单位。

引入线程后的变化：

资源分配调度方面：线程是一个基本的CPU执行单元，是程序执行流的最小单位。而进程只是当作资料分配的基本单位。
并发性：引入线程后，不就是进程直接可以并发，进程内的各线程之间也可以并发，从而提升了系统的并发度。
系统开销：传统的进程间并发，需要切换进程的运行环境。如果是同一进程内的线程切换，则不需要切换进程环境，系统开销小。

2.1.2线程的属性

TCB相当于进程中的PCB的作用。

2.2线程的实现方式和多线程模型

2.2.1线程的实现方式

（1）用户级线程

在用户级进程中回答问题：

1.线程的管理工作时由谁完成的？

答：是由应用程序完成的，这时候不需要操作系统进行的。、

2.线程切换是否需要CPU变态？

答：这里的线程同属于一个进程，所以不需要CPU变态。

3.操作系统是否能意识到用户级线程的存在？

答：意识不到，只只知道是一坨代码，不知道。所以这个叫做用户级线程。

4.优缺点

优点：用户级线程的切换在用户空间即可完成，不需要切换到核心态，线程管理的系统开销小，效率高。

缺点：当一个用户级线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞， 并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行。

（2）内核态线程（KLT）

现代大多数使用的是内核级线程。

问题

内核级线程的管理工作由操作系统内核完成。

线程调度、切换等工作都由内核负责，因此内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成。

操作系统会为每个内核级线程建立相应的TCB（Thread Control Block，线程控制块），通过TCB对线程进行管理。"内核级线程"就是"从操作系统内核视角看能看到的线程"

优缺点

优点：当一个线程被阻塞后，别的线程还可以继续执行，并发能力强。多线程可在多核处理机上并行执行。

缺点：一个用户进程会占用多个内核级线程，线程切换由操作系统内核完成，需要切换到核心态，因此线程管理的成本高，开销大。