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一冕房、進(jìn)程

進(jìn)程（Process）是計(jì)算機(jī)中的程序關(guān)于某數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng)住册，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位，是操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)雹拄。在早期面向進(jìn)程設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中收奔，進(jìn)程是程序的基本執(zhí)行實(shí)體；在當(dāng)代面向線程設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中滓玖，進(jìn)程是線程的容器坪哄。程序是指令、數(shù)據(jù)及其組織形式的描述势篡，進(jìn)程是程序的實(shí)體翩肌。

組成

進(jìn)程是一個(gè)實(shí)體。每一個(gè)進(jìn)程都有它自己的地址空間禁悠，一般情況下念祭，包括文本區(qū)域（text region）、數(shù)據(jù)區(qū)域（data region）和堆棧（stack region）碍侦。文本區(qū)域存儲(chǔ)處理器執(zhí)行的代碼粱坤；數(shù)據(jù)區(qū)域存儲(chǔ)變量和進(jìn)程執(zhí)行期間使用的動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存；堆棧區(qū)域存儲(chǔ)著活動(dòng)過程調(diào)用的指令和本地變量瓷产。

特征

動(dòng)態(tài)性：進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是程序在多道程序系統(tǒng)中的一次執(zhí)行過程站玄，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)產(chǎn)生，動(dòng)態(tài)消亡的濒旦。
并發(fā)性：任何進(jìn)程都可以同其他進(jìn)程一起并發(fā)執(zhí)行
獨(dú)立性：進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位株旷，同時(shí)也是系統(tǒng)分配資源和調(diào)度的獨(dú)立單位；
異步性：由于進(jìn)程間的相互制約疤估，使進(jìn)程具有執(zhí)行的間斷性灾常，即進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)
結(jié)構(gòu)特征：進(jìn)程由程序铃拇、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊三部分組成钞瀑。
多個(gè)不同的進(jìn)程可以包含相同的程序：一個(gè)程序在不同的數(shù)據(jù)集里就構(gòu)成不同的進(jìn)程，能得到不同的結(jié)果慷荔；但是執(zhí)行過程中雕什，程序不能發(fā)生改變。

狀態(tài)

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二显晶、線程

線程贷岸，有時(shí)被稱為輕量級(jí)進(jìn)程(Lightweight Process，LWP）磷雇，是程序執(zhí)行流的最小單元偿警。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的線程由線程ID，當(dāng)前指令指針(PC）唯笙，寄存器集合和堆棧組成螟蒸。另外，線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體崩掘，是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位七嫌，線程自己不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點(diǎn)兒在運(yùn)行中必不可少的資源苞慢，但它可與同屬一個(gè)進(jìn)程的其它線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源诵原。

線程是程序中一個(gè)單一的順序控制流程。進(jìn)程內(nèi)有一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的挽放、可調(diào)度的執(zhí)行單元绍赛，是系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派CPU的基本單位指令運(yùn)行時(shí)的程序的調(diào)度單位。在單個(gè)程序中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)線程完成不同的工作辑畦，稱為多線程惹资。

特點(diǎn)

在多線程OS中，通常是在一個(gè)進(jìn)程中包括多個(gè)線程航闺，每個(gè)線程都是作為利用CPU的基本單位褪测，是花費(fèi)最小開銷的實(shí)體。線程具有以下屬性潦刃。
1）輕型實(shí)體
線程中的實(shí)體基本上不擁有系統(tǒng)資源侮措，只是有一點(diǎn)必不可少的、能保證獨(dú)立運(yùn)行的資源乖杠。
線程的實(shí)體包括程序分扎、數(shù)據(jù)和TCB。線程是動(dòng)態(tài)概念胧洒，它的動(dòng)態(tài)特性由線程控制塊TCB（Thread Control Block）描述畏吓。TCB包括以下信息：
（1）線程狀態(tài)墨状。
（2）當(dāng)線程不運(yùn)行時(shí)，被保存的現(xiàn)場(chǎng)資源菲饼。
（3）一組執(zhí)行堆棧肾砂。
（4）存放每個(gè)線程的局部變量主存區(qū)。
（5）訪問同一個(gè)進(jìn)程中的主存和其它資源宏悦。
用于指示被執(zhí)行指令序列的程序計(jì)數(shù)器镐确、保留局部變量、少數(shù)狀態(tài)參數(shù)和返回地址等的一組寄存器和堆棧饼煞。
2）獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位源葫。
在多線程OS中，線程是能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位砖瞧，因而也是獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位息堂。由于線程很“輕”，故線程的切換非常迅速且開銷锌榇佟（在同一進(jìn)程中的）储矩。
3）可并發(fā)執(zhí)行。
在一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間褂乍，可以并發(fā)執(zhí)行持隧，甚至允許在一個(gè)進(jìn)程中所有線程都能并發(fā)執(zhí)行；同樣逃片，不同進(jìn)程中的線程也能并發(fā)執(zhí)行屡拨，充分利用和發(fā)揮了處理機(jī)與外圍設(shè)備并行工作的能力。
4）共享進(jìn)程資源褥实。

在同一進(jìn)程中的各個(gè)線程呀狼，都可以共享該進(jìn)程所擁有的資源，這首先表現(xiàn)在：所有線程都具有相同的地址空間（進(jìn)程的地址空間）损离，這意味著哥艇，線程可以訪問該地址空間的每一個(gè)虛地址；此外僻澎，還可以訪問進(jìn)程所擁有的已打開文件貌踏、定時(shí)器、信號(hào)量機(jī)構(gòu)等窟勃。由于同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程共享內(nèi)存和文件祖乳，所以線程之間互相通信不必調(diào)用內(nèi)核。

三秉氧、協(xié)程

協(xié)程與子例程一樣眷昆，協(xié)程（coroutine）也是一種程序組件。相對(duì)子例程而言，協(xié)程更為一般和靈活亚斋，但在實(shí)踐中使用沒有子例程那樣廣泛作媚。協(xié)程源自 Simula 和 Modula-2 語言，但也有其他語言支持帅刊。
協(xié)程不是進(jìn)程或線程纸泡，其執(zhí)行過程更類似于子例程，或者說不帶返回值的函數(shù)調(diào)用厚掷。
一個(gè)程序可以包含多個(gè)協(xié)程弟灼，可以對(duì)比與一個(gè)進(jìn)程包含多個(gè)線程级解，
因而下面我們來比較協(xié)程和線程冒黑。我們知道多個(gè)線程相對(duì)獨(dú)立，有自己的上下文勤哗，切換受系統(tǒng)控制抡爹；而協(xié)程也相對(duì)獨(dú)立，有自己的上下文芒划，但是其切換由自己控制冬竟，由當(dāng)前協(xié)程切換到其他協(xié)程由當(dāng)前協(xié)程來控制。
協(xié)程和線程區(qū)別：協(xié)程避免了無意義的調(diào)度民逼，由此可以提高性能泵殴，但也因此，程序員必須自己承擔(dān)調(diào)度的責(zé)任拼苍，同時(shí)笑诅，協(xié)程也失去了標(biāo)準(zhǔn)線程使用多CPU的能力。

四疮鲫、進(jìn)程和線程的關(guān)系和區(qū)別

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1吆你、地址空間:進(jìn)程內(nèi)的一個(gè)執(zhí)行單元;進(jìn)程至少有一個(gè)線程;它們共享進(jìn)程的地址空間;而進(jìn)程有自己獨(dú)立的地址空間;因此線程可以讀寫同樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和變量，便于線程之間的通信俊犯。相反妇多，進(jìn)程間通信（IPC）很困難且消耗更多資源。
2燕侠、資源擁有:進(jìn)程是資源分配和擁有的單位,同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程共享進(jìn)程的資源
3者祖、進(jìn)程是資源的分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單元，而線程是CPU調(diào)度的基本單元
4绢彤、二者均可并發(fā)執(zhí)行.
5咸包、進(jìn)程的創(chuàng)建調(diào)用fork或者vfork，而線程的創(chuàng)建調(diào)用pthread_create杖虾，進(jìn)程結(jié)束后它擁有的所有線程都將銷毀烂瘫，而線程的結(jié)束不會(huì)影響同個(gè)進(jìn)程中的其他線程的結(jié)束
6、線程有自己的私有屬性TCB，線程id坟比，寄存器芦鳍、硬件上下文，而進(jìn)程也有自己的私有屬性進(jìn)程控制塊PCB葛账，這些私有屬性是不被共享的柠衅，用來標(biāo)示一個(gè)進(jìn)程或一個(gè)線程的標(biāo)志

五、優(yōu)缺點(diǎn)

線程和進(jìn)程在使用上各有優(yōu)缺點(diǎn)：線程執(zhí)行開銷小籍琳，但不利于資源的管理和保護(hù)菲宴；而進(jìn)程正相反。同時(shí)趋急，線程適合于在SMP機(jī)器上運(yùn)行喝峦，而進(jìn)程則可以跨機(jī)器遷移。

1、

CPU就像一座工廠

計(jì)算機(jī)的核心是CPU查近，它承擔(dān)了所有的計(jì)算任務(wù)眉踱。它就像一座工廠，時(shí)刻在運(yùn)行霜威。
2谈喳、

一次只能供給一個(gè)車間使用

假定工廠的電力有限，一次只能供給一個(gè)車間使用戈泼。也就是說婿禽，一個(gè)車間開工的時(shí)候，其他車間都必須停工矮冬。背后的含義就是谈宛，單個(gè)CPU一次只能運(yùn)行一個(gè)任務(wù)。
3胎署、

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進(jìn)程就好比工廠的車間吆录，它代表CPU所能處理的單個(gè)任務(wù)。任一時(shí)刻琼牧，CPU總是運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程恢筝，其他進(jìn)程處于非運(yùn)行狀態(tài)
4、

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一個(gè)車間里巨坊，可以有很多工人撬槽。他們協(xié)同完成一個(gè)任務(wù)。
5趾撵、

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線程就好比車間里的工人侄柔。一個(gè)進(jìn)程可以包括多個(gè)線程共啃。
6、

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車間的空間是工人們共享的暂题，比如許多房間是每個(gè)工人都可以進(jìn)出的移剪。這象征一個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存空間是共享的，每個(gè)線程都可以使用這些共享內(nèi)存薪者。
7纵苛、

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可是，每間房間的大小不同言津，有些房間最多只能容納一個(gè)人攻人，比如廁所。里面有人的時(shí)候悬槽，其他人就不能進(jìn)去了怀吻。這代表一個(gè)線程使用某些共享內(nèi)存時(shí)，其他線程必須等它結(jié)束陷谱，才能使用這一塊內(nèi)存烙博。
8瑟蜈、

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一個(gè)防止他人進(jìn)入的簡單方法烟逊，就是門口加一把鎖。先到的人鎖上門铺根，后到的人看到上鎖宪躯，就在門口排隊(duì)，等鎖打開再進(jìn)去位迂。這就叫”互斥鎖”（Mutual exclusion访雪，縮寫 Mutex），防止多個(gè)線程同時(shí)讀寫某一塊內(nèi)存區(qū)域掂林。
9臣缀、

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還有些房間，可以同時(shí)容納n個(gè)人泻帮，比如廚房精置。也就是說，如果人數(shù)大于n锣杂，多出來的人只能在外面等著脂倦。這好比某些內(nèi)存區(qū)域，只能供給固定數(shù)目的線程使用元莫。
10赖阻、

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這時(shí)的解決方法，就是在門口掛n把鑰匙踱蠢。進(jìn)去的人就取一把鑰匙火欧，出來時(shí)再把鑰匙掛回原處。后到的人發(fā)現(xiàn)鑰匙架空了，就知道必須在門口排隊(duì)等著了苇侵。這種做法叫做”信號(hào)量”（Semaphore）离陶，用來保證多個(gè)線程不會(huì)互相沖突。

不難看出衅檀，mutex是semaphore的一種特殊情況（n=1時(shí)）招刨。也就是說，完全可以用后者替代前者哀军。但是沉眶，因?yàn)閙utex較為簡單，且效率高杉适，所以在必須保證資源獨(dú)占的情況下谎倔，還是采用這種設(shè)計(jì)。
11猿推、

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操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)片习，因此可以歸結(jié)為三點(diǎn)：

（1）以多進(jìn)程形式，允許多個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行蹬叭；

（2）以多線程形式藕咏，允許單個(gè)任務(wù)分成不同的部分運(yùn)行；

（3）提供協(xié)調(diào)機(jī)制秽五，一方面防止進(jìn)程之間和線程之間產(chǎn)生沖突孽查，另一方面允許進(jìn)程之間和線程之間共享資源。