概念
1.進(jìn)程與線程

• 每個app或者軟件啟動后都會執(zhí)行加載程序并執(zhí)行，一個app執(zhí)行的過程就是一個進(jìn)程，操作系統(tǒng)會為進(jìn)程分配獨立的虛擬內(nèi)存空間與資源。每個進(jìn)程之間資源不共享。為了解決資源共享的問題，例如視頻播放器邊下載邊解碼邊播放，在進(jìn)程中又細(xì)分線程。進(jìn)程是資源分配的基本單位，線程是cpu執(zhí)行的基本單位。一個進(jìn)程內(nèi)的線程共享進(jìn)程內(nèi)的資源。但又獨立搶占cpu時間片。
  note:為什么不用多進(jìn)程，而用多線程，一是因為進(jìn)程上下文切換花銷大，同一個進(jìn)程內(nèi)的線程上下文切換只需要更改自己獨立的寄存器以及棧部分，其余虛擬空間無需改變，二是因為多進(jìn)程通信不如多線程通信方便。
• 為了同一時間能夠啟動多個app，cpu分割了時間片給執(zhí)行的線程。這種是并發(fā)執(zhí)行，并非并行執(zhí)行。多核cpu能夠并行執(zhí)行。
  進(jìn)程的虛擬空間分為內(nèi)核空間和用戶空間，用戶空間各個進(jìn)程獨有，內(nèi)核空間都映射到同一個物理地址，這是進(jìn)程通信的一種方式。當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時，會陷入內(nèi)核態(tài)，可以讀寫內(nèi)核空間。

2.進(jìn)程的狀態(tài)

• 就緒態(tài)：進(jìn)程分配了資源能夠搶占cpu時間片的狀態(tài)
• 運行態(tài)：進(jìn)程搶占到cpu時間片，cpu執(zhí)行的狀態(tài)
• 阻塞態(tài)：進(jìn)程因為輸入輸出IO或者代碼約束（wait，sleep）原因，需要阻塞，讓出cpu的執(zhí)行權(quán)，這時使用DMA或者通道執(zhí)行IO操作，IO完成后產(chǎn)生中斷事件，進(jìn)程進(jìn)入就緒態(tài)，可以開始搶占cpu時間片
• 其他狀態(tài)
  • 創(chuàng)建狀態(tài)：進(jìn)程創(chuàng)建成功進(jìn)入的狀態(tài)，這是還沒有分配資源，不能搶占cpu
  • 結(jié)束狀態(tài)：進(jìn)程執(zhí)行完成
  • 掛起狀態(tài)：因為計算機(jī)內(nèi)存資源緊張而被換出的進(jìn)程，分為就緒掛起和阻塞掛起
    • 就緒掛起：當(dāng)新建一個進(jìn)程時，因為計算機(jī)沒有足夠的內(nèi)存分配給進(jìn)程，所以進(jìn)入了就緒掛起

    • 阻塞掛起，當(dāng)進(jìn)程進(jìn)入阻塞時，計算機(jī)因缺少內(nèi)存會優(yōu)先換出阻塞的進(jìn)程供其他進(jìn)程使用，這些阻塞進(jìn)程就進(jìn)入了阻塞掛起狀態(tài)
      note:需要進(jìn)程掛起時會優(yōu)先考慮優(yōu)先級，然后考慮阻塞進(jìn)程，就緒進(jìn)程（延遲創(chuàng)建）掛起進(jìn)程因為不在內(nèi)存中，所以不能執(zhí)行。

      
      
      aa.PNG
      
      

      note:阻塞/掛起->阻塞：這種轉(zhuǎn)化在設(shè)計中比較少見。如果一個進(jìn)程沒有準(zhǔn)備好執(zhí)行，并且不在內(nèi)存中，調(diào)入它又有什么意義？
      阻塞掛起->就緒掛起：如果等待的事件發(fā)生了

3.進(jìn)程運行以及切換

• pcb（保存進(jìn)程標(biāo)識，狀態(tài)，打開文件表，進(jìn)程切換時保存的寄存器信息等）進(jìn)程信息的結(jié)構(gòu)體，相同狀態(tài)的pcb以鏈表的形式連接，形成阻塞隊列，就緒隊列等。
• 進(jìn)程創(chuàng)建后，構(gòu)造pcb結(jié)構(gòu)體并連接在就緒隊列中等待調(diào)度
• 進(jìn)程阻塞，暫停運行，并將pcb連接到阻塞隊列中等待事件完成
• 進(jìn)程喚醒，等待事件完成pcb從阻塞隊列移除，并連接在就緒隊列等待調(diào)度
• 進(jìn)程上下文切換,將進(jìn)程寄存器信息保存到pcb中，等現(xiàn)場恢復(fù)時讀取pcb繼續(xù)執(zhí)行
  note：cpu調(diào)度實際上是線程的調(diào)度，進(jìn)程只有一個線程則線程的調(diào)度相當(dāng)于進(jìn)程的調(diào)度。

4.線程

• 為什么要出現(xiàn)線程？當(dāng)編寫word文檔時，我可以一邊編輯文檔一邊保存，如果只有進(jìn)程，那么只能在編寫好文檔之后才能執(zhí)行保存動作。
• 線程是進(jìn)程中更細(xì)粒度的執(zhí)行單元，在進(jìn)程中創(chuàng)建，所以進(jìn)程中的各個線程擁有相同的用戶地址空間，只有堆棧信息，寄存器和程序計數(shù)器不同。
• 線程切換只需要將執(zhí)行線程的寄存器信息和程序計數(shù)器送往cpu，并還原堆棧信息即可完成新線程切換。

5.線程模型

• 用戶級線程：在用戶空間創(chuàng)建，銷毀和切換線程，不需要內(nèi)核的參與。在用戶空間內(nèi)創(chuàng)建，以進(jìn)程的名義申請cpu時間片，然后進(jìn)程根據(jù)自身的線程調(diào)度算法調(diào)度線程。內(nèi)核感知不到進(jìn)程內(nèi)的線程，線程控制表存放在用戶空間（線程創(chuàng)建銷毀和調(diào)度都屬于用戶空間，只有系統(tǒng)調(diào)用的時候才需要內(nèi)核態(tài)的參與）。
  • 優(yōu)點：只需要在用戶空間上調(diào)度線程，不需要內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)的切換，可以自己制定調(diào)度算法。
  • 缺點：不能進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用，需要通過中間平臺運行時系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)。由于內(nèi)核感知不到線程，所以只能以進(jìn)程為單位分配時間片。一旦線程阻塞，則該進(jìn)程中的其他線程都不能執(zhí)行，不能充分利用多核。
• 內(nèi)核級線程：在內(nèi)核中創(chuàng)建，銷毀并管理的線程，所以需要轉(zhuǎn)換成內(nèi)核態(tài)執(zhí)行線程管理。

  • 優(yōu)點:充分利用多核，能夠利用時鐘中斷進(jìn)行時間片輪詢。缺點：線程管理代價大，需要由用戶態(tài)轉(zhuǎn)到內(nèi)核態(tài)，內(nèi)核創(chuàng)建銷毀線程。再由內(nèi)核態(tài)轉(zhuǎn)為用戶態(tài)，線程控制表存放在內(nèi)核空間，所以內(nèi)核線程數(shù)會受到限制。

    
    
    用戶線程與內(nèi)核線程的區(qū)別
• note：用戶級線程的線程控制（tcb：存放線程控制寄存器及堆棧信息的）表在用戶空間中，而內(nèi)核級線程的線程控制表在內(nèi)核態(tài)中，由內(nèi)核調(diào)度，所以內(nèi)核線程管理需要轉(zhuǎn)換到內(nèi)核態(tài)。
• lwp（輕量級進(jìn)程）：輕量級線程(LWP)是一種由內(nèi)核支持的用戶線程。它是基于內(nèi)核線程的高級抽象，因此只有先支持內(nèi)核線程，才能有LWP。每一個進(jìn)程可以有一個或多個LWPs，每個LWP由一個內(nèi)核線程支持。它位于用戶層和系統(tǒng)層之間。系統(tǒng)對線程資源的分配、對線程的控制是通過輕進(jìn)程來實現(xiàn)的，一個輕進(jìn)程可以控制一個或多個線程。CPU時間片的調(diào)度是面向輕進(jìn)程的。
• 線程模型：用戶執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時需要進(jìn)入內(nèi)核態(tài)，當(dāng)我們使用不同的線程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用時，會有不同的阻塞情況。
  • 多對一模型：用戶線程使用系統(tǒng)調(diào)用可以是兩種方式，一是通過運行時系統(tǒng)執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用，二是通過lwp建立關(guān)聯(lián)。第一種情況這樣的影響是一個用戶線程io阻塞，則整個進(jìn)程都將阻塞（內(nèi)核感受不到線程存在，會阻塞進(jìn)程，因為內(nèi)核中沒有線程表，只有進(jìn)程表會阻塞整個進(jìn)程，讓其他進(jìn)程執(zhí)行）。第二種情況下lwp成為cpu時間片分配的單位，但是如果進(jìn)程內(nèi)的所有線程都關(guān)聯(lián)同一個lwp，則和第一種情況相同。
  • 一對一模型：使用內(nèi)核線程，或者每個用戶線程都關(guān)聯(lián)不同的lwp，這樣任何一個線程阻塞，都不會影響其他線程的調(diào)度。
  • 多對多模型：lwp作為用戶線程和內(nèi)核線程關(guān)聯(lián)的橋梁，一個進(jìn)程中可以有多個lwp，一個lwp可以有多個用戶線程，lwp有關(guān)聯(lián)一個內(nèi)核線程，這樣一個用戶線程的io阻塞，不會影響整個進(jìn)程。這種屬于用戶線程與內(nèi)核線程混合使用的方式
• note：java中的線程屬于內(nèi)核及線程，原因有兩點，第一進(jìn)程內(nèi)的單個線程阻塞不會影響其他線程的運行。第二基本沒有辦法控制線程的執(zhí)行順序以及執(zhí)行次數(shù)。我遵照下面的程序編寫了1000個線程同時睡眠一分鐘，然后任務(wù)管理器中的線程數(shù)就從三千多瞬間升到四千多，這也說明java線程屬于內(nèi)核及線程。所以java線程的上下文切換消耗很大。

public class ThreadTest {
    public static void main(String[] args) {
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    try {
                        TimeUnit.SECONDS.sleep(120);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + "正在執(zhí)行任務(wù)");
                }
            });
            thread.start();
        }
    }
}

5.調(diào)度算法

• 非搶占式：線程執(zhí)行完成或者阻塞后讓出cpu使用權(quán)
• 搶占式：在某段時間結(jié)束后，線程如果沒有執(zhí)行完或者阻塞，發(fā)生時鐘中斷。掛起改成供其他線程使用。

其他

smp：對稱處理器，多核cpu中的每個cpu地位相同，都可以完整訪問內(nèi)存和io設(shè)備

參考：https://blog.csdn.net/freeelinux/article/details/53562592（掛起狀態(tài)）
https://mp.weixin.qq.com/s/YXl6WZVzRKCfxzerJWyfrg（進(jìn)程知識點）
http://www.itdecent.cn/p/49e3e47d41f0 (線程模型)
https://www.cnblogs.com/feng9exe/p/6803257.html（線程種類及模型）
https://blog.csdn.net/lihaidong1991/article/details/88861123（線程模型）
https://www.cnblogs.com/feng9exe/p/7890934.html（線程）
https://www.zhihu.com/question/307787570（用戶級線程的作用）