程序、进程和线程

程序是计算机指令的集合，以文件的形式存储于磁盘上。

进程：通常被定义为一个正在运行的程序的实例，是一个程序在其自身地址空间的一次执行活动。

一个程序可以有多个进程（如打开多个记事本程序），一个进程也可以同时访问多个程序。

进程是资源申请、调度和独立运行的单位，因此，它使用的是系统的运行资源；而程序不是，不占用系统的运行资源。

 

进程由两部分组成：

１．操作系统用来管理进程的内核对象。内核对象：操作系统内部分配的一个内存块，数据结构，不能被应用程序直接访问，需通过windows提供的函数操作。

２．地址空间。包含所有可执行模块或DLL模块的代码和数据，还包含动态内存分配的空间，如线程堆栈和堆分配空间。

 

进程是不活泼的，从来不执行任何东西，只是线程的容器。若要是进程完成某项操作，必须有一个在它环境中运行的线程。此线程负责执行包含在进程地址空间的代码。（进程只是线程的执行环境）

 

单个进程可以包含多个线程，这些线程一起“同时”执行进程地址空间中的代码。

每个进程至少拥有一个线程，来执行进程的地址空间的代码。当创建一个进程时，操作系统会自动创建该进程的第一个线程，称为主线程。此后，该线程可以创建其他的线程。

 

进程地址空间

系统赋予每个进程独立的虚拟地址空间。对于32位的进程来说，这个地址空间为4GB。

每个进程有它自己的私有地址空间。如，进程A、B均在地址0x12345678上存有数据结构，但A不能访问B，B也不能访问A的数据结构。

4GB是虚拟的地址空间，只是内存的一个范围。在能成功地访问数据不会出现非法访问之前，必须赋予物理存储器（物理内存+页文件），或将物理存储器映射到各个部分的地址空间。

4GB虚拟地址空间中，2GB是内核方式分区，供内核代码、设备驱动程序、设备I/O高速缓冲、非页面内存池的分配和进程页面表的使用呢等，而用户分区使用的地址空间为2GB-64KB，此分区为进程的私有地址空间所在的地方，一个进程不能读取、写入或者以任何方式访问驻留在该分区的另一个进程的数据，对于所有的应用程序来说，该分区是维护进程大部分数据的地方。其余的64KB地址空间为空指针使用的分区。

 

线程的构成：

1.线程的内核对象。操作系统用它对线程实施管理。

2.线程堆栈。用于维护线程在执行代码时所需要的所有参数和局部变量。

 

线程运行

操作系统为每一个运行的线程安排一定的CPU时间－－时间片。线程在自己的时间段内运行，时间片终止的话，操作系统就会选择另外一个线程继续运行。

系统通过一种循环的方式为线程提供时间片，线程在自己的时间片内运行，时间片很短，给用户的感觉就是同时运行一样。

如果计算机拥有多个CPU，线程就能真正意义上的同时运行。

 

关于多进程和多线程

多线程好处：每个线程均独立的完成一个任务。移植到多CPU后，就可以并发运行

使用多进程的话，每个进程需系统分配私有的4GB的虚拟地址空间。多线程共享同一进程的地址空间。

 

互斥对象（唯一一个与线程内核相关的对象：可将互斥对象的ID设为线程ID）

互斥对象(mutex)属于内核对象，它能够确保线程拥有对单个资源的互斥访问权。

互斥对象包含一个使用数量，一个线程ID和一个计数器。

ID用于标识系统中哪个线程当前拥有互斥对象，计数器用于指明该线程拥有互斥对象的次数。

互斥对象作用：一个线程在一个时间段内对一种资源进行的访问的时候，其他的线程不能在该时间段内对该资源进行访问

                      （包含共享资源）

ReleaseMutex不能释放不同线程的互斥对象；通过判断线程与互斥对象的ID是否相等，不等则不能释放

哪个线程拥有互斥对象，就应该是那个线程去释放该互斥对象。

/*
*   Copyright @bai
*   
*   描述：
*   1. 用主线程创建两个子线程，并演示两个子线程如何互斥的访问进程中的共享资源。
*      互斥对象可形象的看做为人进入房间的钥匙
*    互斥对象：一个线程在一个时间段内对一种资源进行的访问的时候，
*               其他的线程不能在该时间段内对该资源进行访问
*/

#include <windows.h>
#include <iostream.h>
#include <cstdio>
#include <CLIMITS>

DWORD WINAPI Fun1Proc(
	LPVOID lpParameter //thread data
);

DWORD WINAPI Fun2Proc(
					  LPVOID lpParameter //thread data
);

int tickets = 1000;
HANDLE hMutex;  //创建一个互斥对象，用于子线程互斥

int main()
{//主线程的入口函数
	HANDLE hThread1;
	HANDLE hThread2;
	hThread1 = CreateThread(NULL,0,Fun1Proc,NULL,0,NULL);//主线程创建两个线程
	hThread2 = CreateThread(NULL,0,Fun2Proc,NULL,0,NULL);

	CloseHandle(hThread1);
	CloseHandle(hThread2);

	hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,NULL); //创建一个匿名的互斥对象,FALSE表示主线程不拥有该互斥对象
                             //即没有线程拥有该互斥对象，此时互斥对象为有信号状态；             
	Sleep(4000);

	return 0;
}


//线程1的入口函数
DWORD WINAPI Fun1Proc(
					  LPVOID lpParameter //thread data
)
{
	while(TRUE)
    {
		//请求互斥对象，函数WaitForSingleObject:当互斥对象处于有信号状态时返回，
		//            若处于未通知状态，则此函数一直等待。

		WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);//INFINITE表示一直等待下去；若此处是0，则不管互斥对象
		                                  //  是否处于有信号状态，立即返回

		//线程1拥有了该互斥对象后，立即将其变为未通知状态

		if (tickets>0)  //需要保护的代码前加WaitForSingleObject
		{
			Sleep(1); //将CPU控制器交给线程2，但线程2此时需等待，因为互斥对象属于线程1，又返回此处
			cout<<"thread1 sells the ticket:"<<tickets--<<endl;
		}
		else
			break;
		ReleaseMutex(hMutex);//释放互斥对象，使其处于有信号状态；此时mutex线程ID设为0
		

	}
	return 0;
}


//线程2的入口函数
DWORD WINAPI Fun2Proc(
					  LPVOID lpParameter //thread data
)
{
	while(TRUE)
	{
		WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
		if (tickets>0)
		{

			cout<<"thread2 sells the ticket:"<<tickets--<<endl;
		}
		else
			break;
		ReleaseMutex(hMutex);
	
	}
	return 0;
}

结果线程交替：

操作系统会在某线程结束后，会自动将线程所拥有的互斥对象的线程ID设为0，并将级数清零。操作系统维护了线程和与线程相关的互斥对象的信息，知道是哪个线程终止，并清理。

 

命名的互斥对象（只运行一个实例）

hMutex = CreateMutex(NULL,TRUE,"tickets"); //若此处不具名，则后面不起作用
    if (hMutex)
    {
        if (ERROR_ALREADY_EXISTS == GetLastError() )
        {
            cout<<"only one instance can run!"<<endl;
            return ;
        }
    }