Linux系统开发中进程与线程的基本原理

一进程, 线程

1.进程

什么是进程?

开发写的代码我们称为程序，那么将开发的代码运行起来。我们称为进程。

明白点: 当我们运行一个程序，那么我们将运行的程序叫进程。

精简重点

进程是申请一块内存空间,将数据放到内存空间中去, 是申请数据的过程是最小的资源管理单元

进程是线程的容器

程序与进程的区别

程序是数据和指令的集合, 是一个静态的概念, 就是一堆代码, 可以长时间的保存在系统中

进程是程序运行的过程, 是一个动态的概念, 进程存在着生命周期, 也就是说进程会随着程序的终止而销毁, 不会永久存在系统中

进程之间交互

进程之间通过 TCP/IP 端口实现

2.线程

什么是线程

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。

精简重点

是进程的一条流水线, 只用来执行程序,而不涉及到申请资源, 是程序的实际执行者最小的执行单元

线程之间交互

多个线程共享同一块内存,通过共享的内存空间来进行交互

3.进程与线程的关系

例子:

我们打开一个聊天软件,这就是开启了一个进程；当我们在软件里面打开一些功能,比如空间, 扫一扫, 设置...,这些操作就是线程

所以可以说 "进程" 包含 "线程", "线程" 是 "进程" 的子集

进程是线程的容器

工厂流水线例子:

4.总结

进程：指在系统中正在运行的一个应用程序；程序一旦运行就是进程；进程——资源分配的最小单位。

线程：系统分配处理器时间资源的基本单元，或者说进程之内独立执行的一个单元执行流。线程——程序执行的最小单位。

进程要分配一大部分的内存，而线程只需要分配一部分栈就可以了.

一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.

一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程中的多个线程之间可以并发执行.

二.并行, 并发, 串行

并发: 多个任务看起来是同时进行, 这是一种假并行

单核下使用多道技术实现

并行: 多个任务同时进行

并行必须有多核才能实现,否则只能实现并发(伪并行)

串行: 一个程序完完整整的运行完,再运行下一个进程

四.任务运行的三种状态

进程在运行的过程中不断地改变其运行状态

通常一个运行的进程必须具有三种状态:就绪态, 运行态, 阻塞态

1.就绪态 (Ready)

当进程已分配到除CPU以外的所有必要的资源后,只要再获得CPU, 便可执行程序, 进程这时的状态就称为就绪态,

在一个系统中处于就绪态的进程可能有多个, 通常将他们排成一个队列, 这就叫就绪队列

2.运行态 (Running)

当进程已经获得CPU操作权限, 其程序正在运行, 着就叫做运行态

在单核操作系统中, 只有一个进程处于运行态, 多核操作系统有多个进程处于运行态

3.阻塞态 (Blocked)(sleep)

正在执行的进程, 由于等待某个事件而无法执行时, 便被操作系统剥夺了cpu的操作时间, 这是就是阻塞态

引起阻塞的原因多种, 例如: 等待I/O操作, 更高优先级的任务抢走了CPU权限等.

4.进程三种状态 间的转换

一个进程在运行期间, 会不断地在一种状态切换到另一只种状态

他可以是多次处于就绪态和运行态, 也可以多次处于阻塞态, 下图是三种状态的转换图

就绪态➠➠运行态

处于就绪态的进程, 当进程调度程序为之分配了CPU的时间片后, 该进程就会由就绪态转变成运行态

运行态➠➠就绪态

处于运行态的进程在运行过程中, 因为分配的时间片用完了, 于是失去了CPU的使用权限, 运行态就会重新转为就绪态

运行态➠➠阻塞态

正在运行的进程由于遇到I/O操作或被更高优先级的任务抢走CPU使用权限而无法继续执行, 便从运行态转为阻塞态

阻塞态➠➠就绪态

处于阻塞态的进程, 若其等待的事情已经处理完毕, 于是进程从阻塞态转为就绪态

四.任务提交的两种方式

1.同步

同步是指发送方发送数据后, 等接收方发回响应后才发下一个数据报的通讯方式

同步是指两个程序的运行是相关的, 其中一个线程在阻塞需要等待状态, 那另一个线程才运行

2.异步

异步是指发送方发出数据后, 不等接收方发回响应, 接着就发下个数据报的通讯方式

异步是指两个线程毫无相关, 自己运行自己的

3.例子

同步

❶你叫我去吃饭, 我听到了就立即和你去吃饭, 如果没有听到, 你就不停的叫, 直到我告诉你听到了, 才一起去吃饭

❷打电话好比同步, 两边是同时进行不能再打给另一个人

异步

❶你叫我去吃饭, 然后自己去吃饭了, 我得到消息后可能立即走, 也可能过会儿走

❷发消息好比异步, 和一个人发完消息就可能和另一个人发消息

五.进程池

1.什么是进程池?

进程池是资源进程, 管理进程组成的技术的应用.

2.为什么要有进程池?

忙时会有成千上万的任务需要被执行，闲时可能只有零星任务。

那么在成千上万个任务需要被执行的时候，我们就需要去创建成千上万个进程么？

首先，创建进程需要消耗时间，销毁进程也需要消耗时间。

第二即便开启了成千上万的进程，操作系统也不能让他们同时执行，这样反而会影响程序的效率。

因此我们不能无限制的根据任务去开启或者结束进程。那么我们要怎么做呢？

3.进程池的概念

定义一个池子，在里面放上固定数量的进程，有需求来了，就拿一个池中的进程来处理任务

等到处理完毕，进程并不关闭，而是将进程再放回进程池中继续等待任务

如果有很多任务需要执行，池中的进程数量不够，任务就要等待之前的进程执行任务完毕归来，拿到空闲进程才能继续执行。

也就是说，进池中进程的数量是固定的，那么同一时间最多有固定数量的进程在运行

这样不会增加操作系统的调度难度，还节省了开关进程的时间，也一定程度上能够实现并发效果。

4.资源进程

预先创建好的空闲进程，管理进程(好比池子)会把工作分发到空闲进程来处理。

5.管理进程

管理进程负责创建资源进程，把工作交给空闲资源进程处理，回收已经处理完工作的资源进程。

资源进程与管理进程的交互

管理进程如何有效的管理资源进程，分配任务给资源进程?

通过IPC，信号，信号量，消息队列，管道等进行交互。

　　审核编辑：汤梓红