操作系统中的进程和线程

对于计算机相关专业的小伙伴们而言，无论在学习还是面试中，进程和线程的问题出现的概率是极高的，本篇文章来具体说说进程和线程以及两者的区别。

进程

进程的相关概念

进程是程序的一次执行，是一个程序及其数据在处理机上顺序执行所发生的的活动，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

我们一般对进程的定义：进程是进程实体的运行过程，是系统进行进行资源分配和调度的一个独立单位

进程的属性

进程的五种状态：

1. 创建状态：先为一个新进程创建PCB，并填写必要的管理信息，其次，把该线程转入就绪状态，并插入就绪队列中

2. 就绪状态：当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU，便可立即执行，进程这时的状态成为就绪状态。

3. 执行状态：进程已获得CPU，其程序正在执行。在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态，在多个处理机系统中，有多个进程处于执行状态

4. 阻塞状态：正在执行的进程由于某些事件而暂时无法继续执行，便放弃处理机而处于暂停状态，该状态成为阻塞状态（或者称为等待状态或封锁状态），发生阻塞的典型事件有：请求I/O，申请缓冲空间，通常把处于阻塞阻塞的进程排成一个队列，即阻塞队列。

5. 终止状态：首先等候操作系统进行善后处理，然后将其PCB清零，并将PCB空间返还系统

进程的五种基本状态以及各状态之间的转换关系

我们通过图示来说明上述的五种状态以及他们之间的转换关系

进程中的PCB

PCB记录了当前进程的情况以及控制进程运行的全部信息，PCB的作用是使得在多道程序环境下不能独立运行的程序，成为一个能与其他进程并发执行的程序。

或者说：操作系统通过PCB来对并发执行的进程进行控制和管理，PCB是进程存在的唯一标志

OS对PCB的管理

1. 链接方式：把具有相同状态的PCB，用其中的链接字链接成为一个队列，这样就有若干个就绪队列、阻塞队列、和空白队列等等

2. 索引方式：系统根据所有进程的状态建立几张索引表

进程的创建步骤

1. 申请空白PCB

2. 为新进程分配资源

3. 初始化进程控制块

4. 将新进程插入就绪队列

线程

线程的定义

线程是CPU运行调度的基本单位，线程必须被包含在进程中，一个进程可以有很多线程（至少有一个），这些线程有自己的资源（如栈，寄存器）也共享进程的许多资源。

线程的特征

1. 轻型实体：线程中的实体基本上不拥有资源，每个线程都具有一个用于控制线程运行的线程控制块（TCB）

2. 独立调度和分派的基本单位。在多线程OS中，线程是能独立运行的基本单位，因而线程也是独立调度和分配的基本单位。而且由于线程很“轻”，故线程的切换速度很快，而且开销小。

3. 可并发执行：一个进程中的多个线程可以并发执行

4. 共享进程资源，在同一个进程中的线程共享该进程所拥有的资源

线程和进程的区别

我们从调度性、并发性、系统开销等方面比较

1. 调度：在传统的操作系统中，作为拥有资源的基本和调度的基本单位都是进程，在引入线程的操作系统中，把线程作为调度和分派的基本单位，把传统进程的拥有资源和调度两个属性分开，使得线程基本上不拥有资源，而专注调度的工作，这样显著地提高了系统的并发成都。

2. 并发性：在引入多线程的操作系统中，不仅线程可以并发执行，而且在进程中的多个线程之间也可以并发执行，使得操作系统有更好的并发性，从而更有效地提高系统资源的利用率和吞吐量。

3. 拥有资源：无论是传统的操作系统，还是引入多线程的操作系统，进程都拥有资源，是系统中拥有资源的基本单位。进程中所拥有的的资源，供该进程中的线程共享。

4. 系统开销：在创建或撤销进程时，系统都要为之创建和回收进程控制块（PCB），分配或回收资源，此时操作系统所需要付出的开销明显大于线程创建或撤销时的开销。另外，在进程切换时，涉及到当前进程CPU环境的保存及新被调度运行进程的CPU环境的设置，而线程的切换切换则仅需要设置和保存寄存器的内容