操作系统之进程与线程浅析（一）

     最近在自学操作系统，看到进程与线程一章，小小的总结一下。

     一.概念

     进程：简单的说，进程是程序的一个运行实例。如果一个程序有多个运行实例，则它们属于不同的进程。每一个进程都在内存中有自己的地址空间，地址空间中存放程序文件，数据以及堆栈。与进程相关的还包括寄存器，进程打开的文件，报警等。

     线程：线程是进程中的一个执行过程。线程类似于迷你的进程。线程总是存在于进程中。每个进程至少有一个线程。同一个进程的线程之间共享地址空间，全局变量，打开的文件，报警等。

     比较：进程与线程在系统中的层次关系粗略的讲，线程之于进程就像进程之于操作系统。进程与进程之间多表现为一种竞争关系，而线程之间合作的关系更突出一些，因为创建多线程的目的就是为了更好的完成任务。进程之间有父子继承关系，而线程之间是平等的，尽管他们之间也有创建与被创建的关系。

     二.创建与结束（以Unix为例）

     有4中主要事件可以创建进程：

     1.系统初始化。

     2.正在运行的进程调用创建新进程的系统调用

     3.用户请求

     4.批处理作业的初始化。

     重点说一下第二种情况。Unix中只有一个系统调用fork可以创建新进程。fork调用创建了进程的一个副本（同样的变量、打开的文件等），返回子进程号，子进程则返回0。通常，子进程接着执行execve或类似的系统调用，以执行一个新的程序。

     Unix中与进程相关的系统调用还有：waitpid（等待一个进程的结束），exit（中止进程执行并返回状态）。

     通常也有4中情况中止进程：

     1.正常退出。

     2.出错退出。

     3.严重错误。

     4.被其他进程杀死。

     前两种是进程自愿退出的，后两种是非自愿的。大部分进程是完成了自己的工作而正常退出（调用exit）。第二与第三种情况的区别在于后者是由进程本身引起的（如程序有错），而前者是由用户引起的（如进程需要处理的某个文件不存在）。当别的进程获得相应的授权时，可以调用kill系统调用来杀死进程。

     线程的创建：多线程的进程首先由单个线程开始，这个线程可以通过调用库函数（thread_create)来创建新的线程.调用thread_exit可以结束线程。调用thread_join，一个线程可以等待另一个线程的退出。调用thread_yield，一个线程可以主动放弃cpu从而让另一个线程运行。

     三.管理

     1.线程

     进程的三种状态：就绪，运行，阻塞。就绪态指进程可运行，但cpu被其他进程占据；阻塞态指进程被阻塞，除非某种外部事件发生否则进程不能运行。三态的转换：就绪<->运行，运行->阻塞->就绪。

     为了实现进程模型，操作系统维护着一张进程表，每个进程占一个进程表项，每个表项保存了进程的重要信息（程序计数器，堆栈指针，内存分配状况，打开的文件状态等），当进程由运行态转换到就绪态或阻塞态时，表项就会得到更新，等待进程的再执行。

     还有一个中断向量需要介绍一下。众所周知，相对于cpu的运行速率来讲，内存的存取、I/O的存取速率都低了几个数量级，为了提高cpu的利用率，现代操作系统都采用多道程序设计模型，而中断就可以实现该模型。所谓中断就是cpu停止执行当前进程，而转向中断所指向的程序执行。中断向量（靠近内存底部的固定区域）就包含了中断服务程序的入口地址，每一个I/O类关联了一个中断向量。

     有了进程表以及中断向量以后，我们就可以试着理解cpu如何维持多进程的伪并行处理。当一个磁盘中断发生时，假设a进程正在执行，中断硬件将程序计数器、程序状态字压入堆栈，然后跳转到中断向量所指示的地址。上面的工作由硬件完成，剩下的就是软件的工作。首先保存寄存器，也就是更新进程表，此部分工作由汇编程序完成。接着调用一个C过程来处理某个特定中断类型剩下的工作。完成这些以后，相关进程会就绪，接着调用调度程序，决定随后该运行哪一个进程，然后运行该进程。

     2.线程

     为什么要使用线程？最主要原因是在许多应用中同时发生着多种活动，而其中一些活动可能被阻塞，通过将这些活动分成多个顺序执行的线程，程序设计模型会变得更加简单。具体的讲，多线程可以共享地址空间和所有可用数据，而多进程做不到；更轻量级；提升性能（对于存在大量计算和大量I/O的进程）；在多核系统中，并行成为可能。