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进程与线程详细介绍

web 2025/5/8 14:04:02

一进程概念

二进程的组成

2.1 PCB

2.2 数据段

2.3 程序段

三进程的五大特点

四进程的创建与销毁

五线程概念

六线程特征

七进程与线程的区别与联系

区别

联系

一进程概念

进程是程序的一次执行过程，是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。

一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程
每个进程有独立的内存空间和系统资源，一个进程的错误不会影响其他进程。

二进程的组成

2.1 PCB

PCB：进程控制块。进程存在的唯一标识。用来描述进程的属性信息

当进程被创建时，操作系统为其创建 PCB，当进程结束时，会回收其 PCB。

进程控制块 PCB 一般包含如下四类信息：

进程描述信息：用来让操作系统区分各个进程，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 “身份证号”— PID（ProcessID，进程 ID）。另外，进程描述信息还包含进程所属的用户 ID（UID）

进程控制和管理信息：记录进程的运行情况。比如 CPU 的使用时间、磁盘使用情况、网络流量使用情况等。

资源分配清单：记录给进程分配了哪些资源。比如分配了多少内存、正在使用哪些 I/O 设备、正在使用哪些文件等。

CPU 相关信息：进程在让出 CPU 时，必须保存该进程在 CPU 中的各种信息，比如各种寄存器的值。用于实现进程切换，确保这个进程再次运行的时候恢复 CPU 现场，从断点处继续执行。这就是所谓的保存现场信息。

2.2 数据段

一个进程的数据段，可以是进程对应的程序加工处理的原始数据，也可以是程序执行时产生的中间或最终结果，即进程运行过程中的各种数据（比如程序中定义的变量）。

2.3 程序段

程序段就是能被进程调度时程序调度到CPU执行的程序代码段（指令序列）。注意，程序可被多个进程共享，即多个进程可以运行同一个程序。同时挂三个 QQ 号，会对应三个 QQ 进程，它们的 PCB、数据段各不相同，但程序段的内容都是相同的（都是运行着相同的 QQ 程序）

三进程的五大特点

动态性：进程是程序的一次执行过程，有着创建，活动，暂停，终止等过程。具有一定生命周期。是动态的产生，变化和消亡的。动态性是最基本的特征

并发性：多个进程实体同时存在内存中。能在一段时间内同时运行。重要特征。引入进程的目的就是为了使程序能与其他进程的程序并发执行，提高资源利用率

独立性：指进程实体是一个能独立运行、独立获得资源和独立接受调度的基本单元。

异步性：由于进程的相互制约，使得进程具有执行的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度走走停停、何时开始何时暂停何时结束不可预知的性质，就会导致执行结果的不可再现性，为此在操作系统中必须配置相应的进程同步机制。

结构性：每个进程都配置一个PCB对其进行描述。从结构上看，进程实体是由程序段、数据段和进程控制块三部分组成的。

四进程的创建与销毁

创建: 通常通过 fork() 系统调用创建子进程。fork() 会复制父进程的地址空间和资源到子进程。

销毁: 进程可以通过 exit() 终止自身，父进程可以通过 wait() 等待子进程的终止。

五线程概念

同一进程中的线程共享资源，一个线程的错误可能会影响其他线程

线程是程序执行流的最小单元。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的资源（如内存空间、文件描述符等），但每个线程有其独立的执行路径和线程上下文（如寄存器状态、栈等）。线程是操作系统调度的基本单位，它允许程序在并发执行时更加灵活和高效。

引入线程增加并发度。线程成为了程序执行流的最小单位。

可以把线程理解“轻量级进程”。
线程是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单位。
引入线程之后，不仅是进程之间可以并发，进程内的各线程之间也可以并发，从而进一步提升了系统的并发度，使得一个进程内也可以并发处理各种任务（如QQ视频、文字聊天、传文件）
引入线程后，进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元（如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的）。

线程库完成了对线程的管理工作

六线程特征

轻量级：
- 线程是轻量级的执行单元，创建、切换和销毁线程的开销比进程小得多。
- 线程共享进程的资源，因此不需要像进程那样分配独立的内存空间和系统资源。
并发性：
- 线程支持并发执行，多个线程可以在同一个进程中同时运行。
- 并发性使得程序可以更高效地利用多核处理器，提高程序的性能。
共享资源：
- 同一进程中的多个线程共享进程的资源，如内存空间、文件描述符等。
- 这种共享机制使得线程之间的通信和同步更加高效，但也增加了线程之间的竞争和冲突。
独立性：
- 每个线程有其独立的执行路径和线程上下文，包括程序计数器（PC）、寄存器状态和栈。
- 线程的执行是独立的，一个线程的执行不会直接影响其他线程的执行。
异步性：
- 线程的执行顺序和速度是不可预测的，取决于操作系统的调度策略和系统资源的可用性。
- 异步性使得程序的运行更加灵活，但也增加了程序设计的复杂性。

七进程与线程的区别与联系

计算机的核心是cpu，他承担了所有计算任务，单个cpu一次只能运行一个任务，也就是说任意时刻cpu总是运行一个进程（任务），其他进程属于非运行状态。一个任务可以由多个线程协同来完成。进程的空间是可以由线程共享的，每个线程都可以使用这些共享内存，但是有些共享内存只能有一个线程使用，这代表一个线程使用这些共享内存时，其他线程必须等他结束才能使用。为了防止使用时其他线程进入，我们可以给它加一把锁，叫互斥锁mutex。防止多个进程与线程同时读写某一块内存区域