OS - 进程与线程的概念背景及应用区分

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主要参考：

• 《操作系统概论》（机械工业出版社）

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进程的概念背景

• 产生背景：

  在多道程序设计系统中，一个程序的执行过程不是连贯、线性的，因此引入“进程”概念动态地来正确反映程序执行时的活动规律和状态变化。

  

• 引入作用：

  • 提高资源利用率

    将一个问题中可并行执行的任务粒度细化至“进程”概念；

  • 正确描述程序的执行情况

    正确反映了同一个程序在不同场景下（不同用户、不同时间、不同对象等）分别执行的动态。

进程的三种基本状态

进程控制块（Process Control Block，PCB）

• 标识信息：进程的唯一标识；
• 说明信息：说明当前进程情况；
• 现场信息：当进程让出处理器时，暂时保存存放在处理器中的相关数据，以便能在继续运行时恢复；
• 管理信息：控制进程执行顺序（进程队列中最后一个进程的队列指针值为“0”）

进程的队列管理模型

而其中对进程的创建、撤销及状态切换，也都需要操作系统生成相应的进程来控制执行，这类进程被称为原语

原语

原语是操作系统中能完成一些特定功能（控制其他进程的生命周期与状态切换），且不可中断的进程。

• 创建原语：创建一个新进程（为一个程序分配一个工作区和建立一个进程控制块），并置该进程为就绪态；
• 撤销原语：在一个进程完成工作后，收回它的工作区和进程控制块；
• 阻塞原语：在进程运行过程中发生等待事件时，将进程从运行态改为等待态；
• 唤醒原语：当进程等待的事件发生后，将进程从等待态改为就绪态

线程的概念背景

在现代操作系统中，把用户的一个计算问题或一个应用问题作为一个进程，把该进程中可并发执行的各部分分别作为一个线程

线程是进程中可独立执行的子任务，有唯一标识符和线程描述表

概念产生背景：

• 进程的缺点：

  • 每个进程都占用一个进程控制块和一个私有的主存空间，开销较大；
  • 进程之间的消息传递，要从一个工作区到另一个工作区，需专用的通信机制，速度较慢；
  • 进程过多增加了进程调度的次数，复杂性提升

• 把要解决某个问题的工作作为一个进程，而其中可并发执行的部分细化至线程粒度来控制，操作系统仅为进程来分配所需资源，进程内的各线程共享进程的资源

  • 进程 -> 资源分配单位
  • 线程 -> 调度、执行单位

• 多线程技术的优点：

  • 节省了分配进程控制块和工作区的开销；
  • 线程创建无需另行分配资源，创建速度快；
  • 线程间信息传递在同一主存空间，传递速度快；
  • 线程独立执行，能充分发挥并行工作能力

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