一、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,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)。在早期面向進(jìn)程設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)中,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,進(jìn)程是線程的容器。程序是指令、數(shù)據(jù)及其組織形式的描述,進(jìn)程是程序的實(shí)體。
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,一般情況下,包括文本區(qū)域(text region)、數(shù)據(jù)區(qū)域(data region)和堆棧(stack region)。文本區(qū)域存儲處理器執(zhí)行的代碼;數(shù)據(jù)區(qū)域存儲變量和進(jìn)程執(zhí)行期間使用的動態(tài)分配的內(nèi)存;堆棧區(qū)域存儲著活動過程調(diào)用的指令和本地變量。特征
動態(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,進(jìn)程是動態(tài)產(chǎn)生,動態(tài)消亡的。
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,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,使進(jìn)程具有執(zhí)行的間斷性,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、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊三部分組成。
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;但是執(zhí)行過程中,程序不能發(fā)生改變。-
狀態(tài) :
二、線程
線程,有時(shí)被稱為輕量級進(jìn)程(Lightweight Process,LWP),是程序執(zhí)行流的最小單元。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的線程由線程ID,當(dāng)前指令指針(PC),寄存器集合和堆棧組成。另外,線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體,是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位,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,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。
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)相對獨(dú)立的、可調(diào)度的執(zhí)行單元,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,稱為多線程。
- 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,每個(gè)線程都是作為利用CPU的基本單位,是花費(fèi)最小開銷的實(shí)體。線程具有以下屬性。
(1)輕型實(shí)體
線程中的實(shí)體基本上不擁有系統(tǒng)資源,只是有一點(diǎn)必不可少的、能保證獨(dú)立運(yùn)行的資源。
線程的實(shí)體包括程序、數(shù)據(jù)和TCB。線程是動態(tài)概念,它的動態(tài)特性由線程控制塊TCB(Thread Control Block)描述。TCB包括以下信息:
(1)線程狀態(tài)。
(2)當(dāng)線程不運(yùn)行時(shí),被保存的現(xiàn)場資源。
(3)一組執(zhí)行堆棧。
(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。
用于指示被執(zhí)行指令序列的程序計(jì)數(shù)器、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。
2)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。
在多線程OS中,線程是能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位,因而也是獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。由于線程很“輕”,故線程的切換非常迅速且開銷?。ㄔ谕贿M(jìn)程中的)。
3)可并發(fā)執(zhí)行。
在一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間,可以并發(fā)執(zhí)行,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,不同進(jìn)程中的線程也能并發(fā)執(zhí)行,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。
在同一進(jìn)程中的各個(gè)線程,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),這意味著,線程可以訪問該地址空間的每一個(gè)虛地址;此外,還可以訪問進(jìn)程所擁有的已打開文件、定時(shí)器、信號量機(jī)構(gòu)等。由于同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的線程共享內(nèi)存和文件,所以線程之間互相通信不必調(diào)用內(nèi)核。
三、協(xié)程
協(xié)程與子例程一樣,協(xié)程(coroutine)也是一種程序組件。相對子例程而言,協(xié)程更為一般和靈活,但在實(shí)踐中使用沒有子例程那樣廣泛。協(xié)程源自 Simula 和 Modula-2 語言,但也有其他語言支持。
協(xié)程不是進(jìn)程或線程,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。
一個(gè)程序可以包含多個(gè)協(xié)程,可以對比與一個(gè)進(jìn)程包含多個(gè)線程,
因而下面我們來比較協(xié)程和線程。我們知道多個(gè)線程相對獨(dú)立,有自己的上下文,切換受系統(tǒng)控制;而協(xié)程也相對獨(dú)立,有自己的上下文,但是其切換由自己控制,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,由此可以提高性能,但也因此,程序員必須自己承擔(dān)調(diào)度的責(zé)任,同時(shí),協(xié)程也失去了標(biāo)準(zhǔn)線程使用多CPU的能力。
