现代操作系统——进程和线程

定义

计算机上所有可运行的软件，通常也包括操作系统，被组织成若干顺序进程，简称进程。

cpu在进程之间来回切换，每个进程拥有它自己的虚拟cpu。

每个进程有一个逻辑计数器，当程序运行时，它的逻辑计数器被装入到物理计数器，实际上只有一个物理计数器。

创建进程

在unix系统中只有一个系统调用可以用来创建新的进程：fork。这个系统调用会创建一个与调用进程相同的副本。通常，子进程会修改其内存映像，并运行一个新的程序。

例：

在shell中执行sort命令，shell会创建一个子进程，和shell相同，然后更改内存映像，执行sort程序。

在unix中，创建进程之后，父进程和子进程有不同的地址空间，其中有两种可能。

• 父进程和子进程的地址空间一部分相同，一部分不同，相同的地址空间是不可更改的，不同的地址空间是可以更改的。相同地址空间也就是共享的。
• 父进程和子进程的地址空间相同，但是如果子进程需要写入数据，此时写时复制，也就是说如果需要修改共享内存中的数据，修改之前复制一份。

进程的层次结构

在unix中进程和它的所有子进程以及后裔共同组成一个进程组。
在windows中父进程得到一个令牌，可以操纵子进程，但是也可以把此令牌传送给其它进程。

进程的状态

运行、阻塞、就绪。

进程的调度过程

调度进程需要先将硬件中的程序计数器压入进程中，再将硬件中装入新的程序计数器，保存寄存器的值，设置新的堆栈，中断服务例程运行，调度器决定下一个运行的进程，开始运行当前的进程。

线程

对于cpu密集型的多个线程，并不能提高运行的效率，但如果存在大量的i/o处理，拥有多个线程允许重叠运行，会加快运行速度。

多个线程共享一个地址空间和其他资源。
由于共享一个地址空间和其他资源，所以cpu在切换相同进程的不同线程时，速度更快。

线程的状态

就绪、阻塞、运行

创建线程

新创建的线程标识符会作为函数值返回。

用户空间实现线程

用户空间实现多线程，内核并不知道有多个线程，每个进程有专用的线程表，记录线程的属性。

线程本身并没有调度的概念，如果不是外界干预，一个线程会一直运行至该线程结束。
在用户空间中，如果一个线程阻塞，调用一个过程，会检测该线程是否必须进入阻塞状态，如果必须，则该过程进行线程的调度，把当前的线程的一些状态进行存储，并调用其他线程。

内核中实现线程

内核中实现线程，多个进程有一个统一的线程表在内核中，供内核调度等其他使用。

当一个线程阻塞时，内核根据选择，可以运行同一个进程中的其它线程。

内核调度线程过程

内核了解到一个线程阻塞之后，内核通知该线程所在的进程。

收到该通知后，运行时系统就会将当前线程标记成阻塞状态，并在线程表中查找就绪状态的线程，设置寄存器，并运行。

弹出式线程

一个消息到达导致西戎创建一个处理该消息的线程，这种线程称为弹出式线程。