进程和线程

参考博客：http://blog.csdn.net/zheng548/article/details/54669908

一、多道程序

　　多道程序设计技术是操作系统最早引入的技术，它的设计思想是允多个程序同时进入内存，并允许它们交替在CPU中运行，它们共享系统中的各种硬、软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时，CPU便立即转去运行另一道程序。其目的是为了CPU的利用率，进而提高系统效率。

　　多道程序设计技术引入之前，多个程序串行执行。只存在一个程序计数器（PC, program counter）,一个程序执行完毕之后，才会执行下一个程序。而多道程序设计技术允许多个程序同时进入内存并运行，那就要每个程序分配程序计数器。如果内存中有四个程序在并发执行，那就需要四个程序计数器。　

　　1.1 单道程序的运行过程：
　　在A程序计算时，I/O空闲， A程序I/O操作时，CPU空闲（B程序也是同样）；必须A工作完成后，B才能进入内存中开始工作，两者是串行的，全部完成共需时间=T1+T2。

 

　　1.2 多道程序的运行过程：
　　将A、B两道程序同时存放在内存中，它们在系统的控制下，可相互穿插、交替地在CPU上运行：当A程序因请求I/O操作而放弃CPU时，B程序就可占用CPU运行，这样 CPU不再空闲，而正进行A I/O操作的I/O设备也不空闲，显然，CPU和I/O设备都处于“忙”状态，大大提高了资源的利用率，从而也提高了系统的效率，A、B全部完成所需时间<<T1+T2。

　　多道程序设计技术不仅使CPU得到充分利用，同时改善I/O设备和内存的利用率，从而提高了整个系统的资源利用率和系统吞吐量（单位时间内处理作业（程序）的个数），最终提高了整个系统的效率。

二、分时系统　

　　由于CPU速度不断提高和采用分时技术，一台计算机可同时连接多个用户终端，而每个用户可在自己的终端上联机使用计算机，好象自己独占机器一样。

　　分时技术：把处理机的运行时间分成很短的时间片，按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。

　　若某个作业在分配给它的时间片内不能完成其计算，则该作业暂时中断，把处理机让给另一作业使用，等待下一轮时再继续其运行。由于计算机速度很快，作业运行轮转得很快，给每个用户的印象是，好象他独占了一台计算机。而每个用户可以通过自己的终端向系统发出各种操作控制命令，在充分的人机交互情况下，完成作业的运行。

　　具有上述特征的计算机系统称为分时系统，它允许多个用户同时联机使用计算机。

 

特点：
　　（1）多路性。若干个用户同时使用一台计算机。微观上看是各用户轮流使用计算机；宏观上看是各用户并行工作。
　　（2）交互性。用户可根据系统对请求的响应结果，进一步向系统提出新的请求。这种能使用户与系统进行人机对话的工作方式，明显地有别于批处理系统，因而，分时系统又被称为交互式系统。
　　（3）独立性。用户之间可以相互独立操作，互不干扰。系统保证各用户程序运行的完整性，不会发生相互混淆或破坏现象。
　　（4）及时性。系统可对用户的输入及时作出响应。分时系统性能的主要指标之一是响应时间，它是指：从终端发出命令到系统予以应答所需的时间。

　　分时系统的主要目标：对用户响应的及时性，即不至于用户等待每一个命令的处理时间过长。

　　分时系统可以同时接纳数十个甚至上百个用户，由于内存空间有限，往往采用对换（又称交换）方式的存储方法。即将未“轮到”的作业放入磁盘，一旦“轮到”，再将其调入内存；而时间片用完后，又将作业存回磁盘（俗称“滚进”、“滚出“法），使同一存储区域轮流为多个用户服务。

　　多用户分时系统是当今计算机操作系统中最普遍使用的一类操作系统。

三、进程(Process)

　　多道程序设计技术允许多个程序同时进入内存并运行，在这样的并发环境下，如何描述、刻画这样执行的程序呢？因此引入了“进程”。

　　程序并不能单独运行，只有将程序装载到内存中，系统为它分配资源才能运行，而这种执行的程序就称之为进程。程序和进程的区别就在于：程序是指令的集合，它是进程运行的静态描述文本；进程是程序的一次执行活动，属于动态概念。

　　进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位.　　

　　特点

• 进程是程序的一次执行过程。若程序执行两次甚至多次，则需要两个甚至多个进程。
• 进程是是正在运行程序的抽象。它代表运行的CPU，也称进程是对CPU的抽象。（虚拟技术的支持，将一个CPU变幻为多个虚拟的CPU）
• 系统资源（如内存、文件）以进程为单位分配。
• 操作系统为每个进程分配了独立的地址空间
• 操作系统通过“调度”把控制权交给进程。

四、线程(Thread)

　　为什么引入线程 有了进程这概念之后 应用程序可以并发地去执行了 那么为什么要在进程当中再派生出线程呢？

　　首先我们引入了进程这个概念，虽然进程有利于资源的管理和保护。然而在实际应用中，进程有这样的问题： 
　　1. 进程切换的代价、开销比较大； 
　　2. 在一个进程内也需要并行执行多个程序，实现不同的功能。 
　　3. 进程有时候性能比较低。

　　 一个操作系统就像是一个工厂，工厂里面有很多个生产车间，不同的车间生产不同的产品，每个车间就相当于一个进程，且你的工厂又穷，供电不足，同一时间只能给一个车间供电，为了能让所有车间都能同时生产，你的工厂的电工只能给不同的车间分时供电，但是轮到你的qq车间时，发现只有一个干活的工人，结果生产效率极低，为了解决这个问题，应该怎么办呢？。。。。没错，你肯定想到了，就是多加几个工人，让几个人工人并行工作，这每个工人，就是线程！

　　 引入线程有以下三个方面的考虑

1. 应用的需要。比如打开一个浏览器，我想一边浏览网页，一边下载文件，一边播放音乐。如果一个浏览器是一个进程，那么这样的需求需要线程机制。
2. 开销的考虑。在进程内创建、终止线程比创建、终止进程要快。同一进程内的线程间切换比进程间的切换要快,尤其是用户级线程间的切换。线程之间相互通信无须通过内核（同一进程内的线程共享内存和文件）
3. 性能的考虑。多个线程中，任务功能不同（有的负责计算，有的负责I/O）,如果有多个处理器，一个进程就可以有很多的任务同时在执行。

　　4.1 概念

　　线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务

A thread is an execution context, which is all the information a CPU needs to execute a stream of instructions.

Suppose you're reading a book, and you want to take a break right now, but you want to be able to come back and resume reading from the exact point where you stopped. One way to achieve that is by jotting down the page number, line number, and word number. So your execution context for reading a book is these 3 numbers.

If you have a roommate, and she's using the same technique, she can take the book while you're not using it, and resume reading from where she stopped. Then you can take it back, and resume it from where you were.

Threads work in the same way. A CPU is giving you the illusion that it's doing multiple computations at the same time. It does that by spending a bit of time on each computation. It can do that because it has an execution context for each computation. Just like you can share a book with your friend, many tasks can share a CPU.

On a more technical level, an execution context (therefore a thread) consists of the values of the CPU's registers.

Last: threads are different from processes. A thread is a context of execution, while a process is a bunch of resources associated with a computation. A process can have one or many threads.

Clarification: the resources associated with a process include memory pages (all the threads in a process have the same view of the memory), file descriptors (e.g., open sockets), and security credentials (e.g., the ID of the user who started the process).

　　4.2 线程的属性

• 有标识符ID
• 有状态及状态转换，所以需要提供一些状态转换操作
• 不运行时需要保存上下文环境，所以需要程序计数器等寄存器
• 有自己的栈和栈指针
• 共享所在进程的地址空间和其它资源

五、线程和进程的区别

1.Threads share the address space of the process that created it; processes have their own address space.

2.Threads have direct access to the data segment of its process; processes have their own copy of the data segment of the parent process.

3.Threads can directly communicate with other threads of its process; processes must use interprocess communication to communicate with sibling processes.
New threads are easily created; new processes require duplication of the parent process.

4.Threads can exercise considerable control over threads of the same process; processes can only exercise control over child processes.

5.Changes to the main thread (cancellation, priority change, etc.) may affect the behavior of the other threads of the process; changes to the parent process does not affect child processes.

1.线程是共享内存空间的；进程的内存是独立的。

2.线程可以直接访问此进程中的数据部分；进程有他们独立拷贝自己父进程的数据部分，每个进程是独立的

3.同一进程的线程之间直接交流(直接交流涉及到数据共享，信息传递)；两个进程想通信，必须通过一个中间代理来实现。

4.创建一个新的线程很容易；创建新的进程需要对其父进程进行一次克隆。

5.一个线程可以控制和操作同一进程里的其他线程；但是进程只能操作子进程。

6.对主线程的修改，可能会影响到进程中其他线程的修改；对于一个父进程的修改不会影响其他子进程(只要不删除父进程即可)