【学习计划】操作系统（进程管理）（基本概念）（一）

一、基本概念

并发并行串行

并发：指一个时间段内，几个进程都处于已启动运行到运行完毕之间，在时间上有交错或重叠的情况称为并发；
并行：并行执行的两个进程一定是并发的，它们并发地运行在不同的处理器或多核处理器上；
串行：多进程运行在同一个CPU上，只有当前一个进程执行完，才能执行后一个进程。
说明：并行概念是并发概念的一个子集。

例子：乘坐地铁，我们将 [ 进入车厢 ] 当作事件，从地铁进站开门到地铁关门出站为一个时间段；
并发：同一节车厢，很多乘客挤在门口进门上车就是并发（描述的还不是太准确）；
串行：同一节车厢，乘客排队进门上车；
并行：多节车厢，乘客进门上车。

进程

进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动；
当程序运行以后，会在内存空间里形成一个独立的内存体，它有自己独立的地址空间，有自己的堆；
操作系统会以进程为单位，分配系统资源（CPU时间片、内存等资源），进程是资源分配的最小单位。

说明：
	1. 操作系统在管理内存时，每个进程都有一个独立的进程地址空间，进程地址空间的地址为虚拟地址;
	2. 对于32位操作系统，该虚拟地址空间为2^32=4GB。其中0-3G是用户空间，3G-4G是内核空间;
	3. 实际上这4G的地址空间是不存在的，也就是我们所说的虚拟内存空间；
	4. 进程在执行的时候，看到和使用的内存地址都是虚拟地址。

操作系统引入进程概念的原因：
	1. 对正在运行的程序过程的抽象；
	2. 是一种数据结构，目的在于清晰地刻画动态系统的内在规律，有效管理和调度进入计算机系统主存储器运行的程序。

进程特征：
	1. 动态性：进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的；
	2. 并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行；
	3. 独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位；
	4. 异步性：由于进程间的相互制约，使进程具有执行的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进；
	5. 结构特征：进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。

进程状态：由于进程具有执行的间断性，因此进程可能具有以下三种基本状态；
	1. 就绪状态：进程已获得除处理器外的所需资源，等待分配处理器资源；只要分配了处理器进程就可执行；
	2. 运行状态：进程占用处理器资源；处于此状态的进程的数目小于等于处理器的数目；
	3. 阻塞状态：由于进程等待某种条件（如I/O操作或进程同步），在条件满足之前无法继续执行。

线程

线程是操作系统中进程能够独立执行的实体（控制流），是处理器调度和分派的基本单位；
线程是进程的组成部分，每个进程内允许包含多个并发执行的实体（控制流），就是多线程；
同一个进程中的所有线程共享进程获得的进程地址空间和资源，进程自己不拥有资源。

线程包含以下内容：
	1. 线程执行状态（运行、就绪、等待...）；
	2. 一个执行堆栈；
	3. 一个容纳局部变量的主存存储区；
	4. 当线程中断运行时，会有一个受保护的线程上下文，用于存储现场信息。

线程主要特征：
	1. 并发性：同一进程的多个线程可在一个/多个处理器上并发或并行地执行；
	2. 共享性：同一个进程中的所有线程共享但不拥有进程的状态和资源，且驻留在进程的同一个主存地址空间中，可以访问相同的数据；
	3. 动态性：线程是程序在相应数据集上的一次执行过程，由创建而产生，至撤销而消亡，有其生命周期，经历各种状态的变化；
	4. 结构性：线程是操作系统中的基本调度和分派单位，因此，它具有唯一的标识符和线程控制块，其中应包含调度所需的一切信息。

说明：
1. 进程可以划分为两个部分：资源集合和线程集合；
2. 进程要支撑线程运行，提供了地址空间和各种资源，它封装了管理信息，包括对指令代码、全局数据和 I/O 状态数据等共享部分的管理；
3. 线程封装了执行信息，包括对 CPU 寄存器、执行栈（用户栈、内核栈）和局部变量、过程调用参数、返回值等线程私有部分的管理；
4. 由于线程具有许多传统进程所具有的特征，所以，也把线程称为轻量进程LWP(Light-Weight Process)。

协程

协程拥有自己的寄存器上下文和栈；
协程调度切换时，将寄存器上下文和栈保存到其他地方，在切回来的时候，恢复先前保存的寄存器上下文和栈；
保留上一次调用时的状态（即所有局部状态的一个特定组合），每次过程重入时，进入上一次离开时所处逻辑流的位置。

区分：
	1 .线程和进程的操作是由程序触发系统接口，最后的执行者是系统；
	2. 协程的操作执行者则是用户自身程序，go语言中的（goroutine是协程）。

操作系统的设计说明

1. 以多进程形式，允许多个任务同时运行；
2. 以多线程形式，允许单个任务分成不同的部分运行；
3. 提供协调机制，一方面防止进程之间和线程之间产生冲突，另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。

二、参考说明

大部分图片来源于网络
参考：操作系统——线程