进程和多线程

目录

进程

1. 如何管理进程

2. 进程调度

3. 内存管理

4. 进程间通信

多线程

线程和进程的关系：

线程安全问题

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进程

一个正在运行的程序,就是一个 进程,进程是一个重要的 "软件资源",是由操作系统内核负责管理的。每个进程都对应一些资源,在上图中每个进程都占用了内存,CPU,磁盘等,也可以认为进程是操作系统资源分配的基本单位。

1. 如何管理进程

我们通过组织＋描述的方法来管理进程

描述： 使用结构体来描述进程属性，我们把这样的结构体叫做PCB(进程控制块）

组织： 通过双向链表来把多个PCB给连接在一起。

创建一个进程：本质上是创建一个PCB结构体，把它插入到链表中。

销毁一个进程：把链表上的PCB节点删除掉。

任务管理器查看进程列表： 本质上是遍历PCB链表。

2. 进程调度

 1. pid 进程的身份标识（唯一的数字），每个进程都对应一个身份标识。

2. 内存指针  指向了自己的内存有那些，进程占用了那些资源。

3. 文件描述符表 硬盘上的文件等其他资源。

在资源分配中，进程有很多个，而我们的处理器又很少，在这种情况下，我们希望每个进程能够“同时运行”，就引入了并行和并发两个概念。

●并行：微观上同一时刻，两个核心上的进程，就是同时执行的

●并发： 微观上，同一时刻，一个核心上只能运行一个进程，但是它能够快速的切换（比如电灯闪烁的频率高了人就感觉电灯是常亮的）宏观上人们感知不到，我们感觉几个进程是在同时运行的。

并行和并发都是由内核负责处理的，应用程序感知不到，因此我们把并行和并发统称为并发。

操作系统中有一个重要的模块调度器,就让有限的CPU来调度执行多个进程

4.进程调度的相关属性

(1)  进程的状态

●就绪状态: 进程随时准备去CPU上执行

●运行状态: 正在运行的进程

●阻塞状态: 短时间无法到CPU上执行

(2) 优先级

进程也是有优先级的,操作系统在进行调度的时候,有的进程CPU就分配的多,有的分配的少,有的先分,有的后分,这就叫进程的优先级

(3) 上下文

操作系统在进行进程切换的时候,就需要把进程执行的"中间状态"记录下来,保存好,等下次这个进程在cpu上运行的时候,就可以回复上次的状态.,接着往下执行, 相当于 "存档,读档"。

(4) 记账信息

操作系统统计每个进程在CPU上占用的时间和执行的指令数目，根据这个来决定下个阶段如何调度。

3. 内存管理

早期的操作系统，程序运行时分配的内存，就是物理地址

针对进程使用的内存空间,进行隔离,引入了虚拟地址空间，代码里不在直接使用真实的物理地址，而是使用虚拟的地址，由操作系统和专门的硬件设备负责进行虚拟地址到物理地址的转换。

虚拟地址空间主要就是为了避免进程之间的相互影响。

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4. 进程间通信

在上面虽然进行了进程间的隔离，但有些时候，进程之间需要进行数据的交互，我们采用进程间通信来实现进程间的交互。我们需要一个多个进程都能访问到的“公共空间”，基于这个公共空间来进行数据的交互。

多线程

在如今,CPU已经进入到多核心时代,要想进一步提高程序的运行速度,就要充分利用CPU的多核心资源,其实,多进程已经可以解决并发编程的问题,已经可以利用CPU的多核资源了,但多进程也有一些弊端,进程太重了（多进程消耗的资源多,并且速度慢）。比如创建一个进程开销较大,销毁一个进程开销太大,调度一个进程,开销较大。因此线程应运而生,线程也叫轻量级编程,在解决并发编程的问题下,让创建,调度,销毁的速度更快。线程把申请资源，释放资源的操作给省下了。

线程和进程的关系：

1. 进程包含线程，一个进程可以包含一个线程，也可以包含多个线程（不能没有），只有在第一个线程启动的时候，开销较大，需要申请资源，后续线程就省事了

2. 同一个进程里的多个线程，共用了进程的同一份资源（主要是内存 和 文件描述符表）。操作系统在调度的时候是以线程为基本单位进行调度的。

3. 如果每个进程有多个线程，每个线程是独立在CPU上调度的，即线程是操作系统调度执行的基本单位。

4.每个线程也有自己的执行逻辑（执行流）。

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接下来用吃100只的例子来看看多进程和多线程之间的差别

多进程需要两个房间,两个桌子,两个滑稽老铁~ ~ 这样成本比较高,需要很多额外的资源

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多线程让两个滑稽老铁在同一个房间同一个桌子上吃,节省了资源

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那我们在思考思考,让滑稽老铁更多,速度能否更快呢?

当滑稽老铁越来越多的时候,桌子的空间是有限度的,后面的滑稽老铁也会吃不上鸡,同理,线程也是一样,增加线程数量的时候,也不是可以一直增加速度,线程太多,核心数量有限,不少的开销反而会浪费在线程调度上了。

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线程安全问题

1. 多线程情况下，多个滑稽老铁，滑稽1和滑稽2共享同一份鸡肉，此时可能会打架，但在多进程中则不会出现这中情况，多进程中都是自己执行自己的。

2. 还是上面的问题，当滑稽1把鸡肉给抢走了，导致滑稽2吃不着生气了，滑稽2直接掀桌，那么大家都吃不了了。在多线程中也一样，如果一个线程抛异常，如果处理不好，很可能导致整个进程都异常了

当多个执行流访问到同一个共享资源的时候会出现安全问题

线程模型：天然就是资源共享，多线程争抢同一个资源很容易触发。

进程模型：天然是资源隔离的，不容易触发，进程间通信的时候，多个进程访问到同一个资源，可能会出现问题。