一文即可帮助你认识进程和线程~-编程知识

本文的重点：什么是：进程、进程调度、线程和他们之间的联系。主讲概念知识，不讲代码实现

一、认识进程

1.什么是进程

2.进程的信息

3.进程调度(***)

4.进程调度的基本过程

二、线程

1.线程的引入

2.什么是线程

3.进程于线程的联系区别

前置知识：我们写的代码是如何操作系统的

写了一个打印字符串的代码

1）应用程序执行println,调用系统提供的api

2）操作系统内核里，感知到要执行操作显示器的行为

3）操作系统内核，通过驱动程序，找到对应的硬件设备（显示器），并执行“显示字符串”操作

类似去食堂打饭，想要某个菜，并不是自己去抓取，而是通过食堂阿姨去操作。

我需要吃饭==执行程序，告诉阿姨==调用api，阿姨听到了==感知到我要吃饭，通过阿姨的眼睛找到了大白菜==通过驱动程序找到……

一、认识进程

进程，就是运行起来的程序等等，这是对进程最基本的概念

1.什么是进程

1.1.概念

（1）一个程序，允许起来，在操作系统中就会出现一个进程；可以理解成进程就是一个跑起来的程序。

（2）进程是程序的一次执行，是一组指令的集合。

（3）进程可以视为是操作系统进行资源分配的基本单位。

1.2.查看进程

1.3.进程运行的条件

（1）进程可以运行起来，是必须要消耗一些系统资源的。（跟人要吃饭一样）

（2）需要的资源

cpu,内存,硬盘,网络带宽,显卡等等很多资源

（3）查看进程消耗的资源

（4）进程的作用

进程可以视为是操作系统进行资源分配的基本单位！

2.进程的信息

背景

当操作系统中的进程多起来之后，就需要对其进行管理，和分配资源，于是就出现了一些操作，用来对进程进行管理操作。

2.1.管理进程的方式

（1）通用手法：描述+组织

（2）如何描述和组织

描述：一般通过一些结构体/类，把一个进程的核心信息抽象提取出来，并进行表示（就是对一个东西就行描述，比如进行有哪些东西，描述出来）。

管理：通过一定的数据结构，把多个这样的结构体/类的对象串起来，方便进一步的各种增删查改。

（3）如何描述Ⅱ

使用名字为：PCB 的结构体描述，再使用类似链表的数据结构组织。

所以，进程的核心信息都存储在PCB的结构体中，下面了解PCB就可以了解到进程有哪些信息。

2.2.PCB的核心信息(**)

（1）pid （2）内存指针（3）文件描述符表（4）状态、优先级、上下文、记账信息

其中第（4）是为了支撑进程调度而产生的。

这四点我们下面分别介绍。

2.3.pid

（1）作用：唯一身份标识，标识一个进程。就像人的身份证

（2）查看进程的pid值

（3）总结

同一个机器，同一个时刻，进程id一定是不同的

2.4.内存指针

（1）内存指针，实际上就是一组指针

（2）作用：指针，就是指向进程所需要的资源在内存中的位置。

（3）哪些资源？

1. 硬件资源 2.内存资源 3.指令资源 4.依赖的数据(进程的状态)

（4）指令的作用

进程是一组指令的集合，有了指令，才知道进程接下来要做什么（比如：调用显示器等等）

2.5.文件描述符表

（1）用来记录打开的文件，结构类似顺序表

（2）作用：在进程运行的时候，会打开一些文件；而文件描述符表就会记录下来，进程都打开过哪些文件。

目前用处较少，后期还会继续介绍。

2.6.状态、优先级、上下文、记账信息

这四大属性存在是为了支撑进程调度而存在。下面先简单的介绍这四个属性，然后再介绍进程调度。

2.6.1状态

进程/线程的状态大概有五种

（1）新建态（2）就绪态（3）运行态（4）阻塞态（5）死亡态

2.6.2.优先级

这个属性，用来决定给进程分配时间的多少

2.6.3.上下文

（1）上下文，类似于书签

（2）作用：

进程第一次被调度到cpu上工作，一会后被调走，此时需要记录一些工作的进度；当第二次调度回来后，就可以继续执行。

2.6.4.记账信息

（1）用来标记每个进程所分配到的资源大小

（2）作用：可以更好的分配系统资源，防止一些进程无法分配到（可以尽量做到雨露均沾）

3.进程调度(***)

背景引入：

在一个操作系统中，进程的数量远远大于cpu的数量(目前cpu都是多核心的，一个核心同一个时间只能执行一个进程)。有那么多的进程，是无法同时运行的，所以有了进程调度。

3.1.进程调度概念

（1）进程调度，可以说是一种手段

（2）进程调度的作用

根据不同的条件，将一个进程分配到cpu(或cpu上的核心)运行。

（3）如何调度

根据上面提到的进程中四大属性（状态、优先级、上下文、记账信息），加上一些特定的算法和规定，选择合适的进程并将其分配到cpu上进行运行

3.2.调度的效果

进程调度一般是产生并发执行的效果，下面通过半道理的方法来说明。

（1）并行执行

一个cpu，存在一个或者两个核心。一个核心，同一个时刻，只能运行一个程序；一般的系统中都存在多核心（我们以16核心举例），这个时候，就是16个核心上面同时有16个进程。这16个进程是完全同时执行的，这种情况我们称为并行执行

（2）并发执行

同一个核心，同一个时刻不能执行多个进程，但是不同时刻，可以执行不同的进程(分时复用)。

cpu就会把总的执行时间，分割成许多小的时间段；在每个小的时间段里面，执行一个进程，因为时间极短，人感知不到，因此可以认为是很多个进程在“同时执行”，这就称为并发执行，也就是进程调度的基本体现。

（3）我们把并发执行+并行执行统称为《并发执行》

3.3.深入理解调度

这里借用一个《渣女小故事》，结合进程的四大属性（状态、优先级、上下文、记账信息）来更好的理解。

（1）故事背景设置

背景：重生了，我是一个才貌双全的女孩子。所以，追我的男生从这里排到了法国，因此，我有了选择男朋友的权利。

选择男朋友的标准：（1）高帅（2）富（3）会添

但是同时具备三个条件的男生：很少/具备也看不上我

做法：同时谈三个，分别为：A(高帅) B(富) C(超级无敌三百六十度螺旋添)

为了防止被他们发现，只能运行《时间管理》对他们进行分时复用，也就是进行合理的调度。

在微观上，我是同一个时间只和一个小哥哥在一起；宏观上，我在和三个小哥哥同时在一起。

而调度发挥的作用就是：可以合理的安排时间

（2）进程的状态

在上面的时间表中，需要考虑到三个小哥哥的状态。

1）三个小哥哥随叫随到。在操作系统中，称为进程的就绪状态

2）有个小哥哥有事，无法随叫随到。在操作系统中，称为：进程处于阻塞状态

所以进程的调度就会根据不同的进程分配不同的时间。

（3）进程的优先级

三个小哥哥，我会根据给我的价值，对他们分配不同的时间。如给A分配的时间就会更多，B其次，C最少。

（4）进程的上下文

在和小哥哥约会的时候，有些事情未完成，就会记录下来这次，等到下次执行的时候就可以恢复

（5）进程的记账信息

通过一个表格，记录给每个小哥哥分配的时间，当分配时间少的时候，就适度加多时间。

每个进程都有自己的属性（如状态、优先级这些）

4.进程调度的基本过程

（1）进程的创建（创建自己的PCB，并加入链表中）--进程的新建态

（2）就绪队列管理（如：进程的优先级，进行排队）--进程的就绪态

（3）进程选择（根据一些特定的算法，选择合适的进程）

（4）进程切换（涉及上下文，当前的进程分配到cpu上，记录该线程在硬盘上的数据）

（5）进程执行（在cpu上进行执行）--进程的运行态

（6）阻塞和唤醒（如进行IO操作，如：Scanner时；此时就会先调度其他的进程）--进程的阻塞态

（7）终止（进程的任务完成，就会被移除就绪队列）--进程的死亡态

二、线程

线程是一个轻量级的进程，是系统调度执行的基本单位

1.线程的引入

（1）背景

利用多个cpu核心完成同一个任务----->引入多进程编程------>多进程编程存在问题(而且Java中也不太支持)------->引入多线程编程

（2）两个原因

1）需要把多个核心利用上

2）多进程编程，需要消耗的资源很大，时间慢，俗称：大重量。

2.什么是线程

2.1.线程由来

（1）线程其实是进程的一部分

（2）一个进程，最少有一个线程，也可以包含多个线程

2.2.线程与PCB

前面提到，PCB是描述一个进程的；本质上，一个PCB是描述一个线程的，多个PCB就构成一个进程。所以说，进程中有的，线程中都有。

（1）线程的PCB信息

pid、内存指针、文件描述符表、tgid、状态、优先级、上下文、记账信息。

（2）不同线程共享的信息

内存指针、文件描述符表、tgid

（3）线程单独一份的信息

pid、状态、优先级、上下文、记账信息

3.进程于线程的联系区别

3.1.区别

名字/不同点	进程	线程
资源占用	进程是分配资源的最小单位。不同的进程之间，拥有的资源不一样.	不同的线程之间，共享一部分进程的资源
执行方式	不同进程的地址空间不一样，一般一个进程崩溃后，不会影响其他的进程	线程没有单独的地址空间，当一个线程崩溃后，可能影响所有的线程
调度速度	进度调度较慢	线程调度较快
系统开销	系统开销大，创建/销毁慢	系统开销小，创建/销毁快