行程、執行緒
- 為什么會有行程
- 行程的概念
- 行程的結構
- 行程的特征
- 執行緒
- 執行緒的結構
- 行程之中創建執行緒的優點
- 行程和執行緒的區別
- 行程和執行緒之間的關系
為什么會有行程
在簡單的批處理作業系統中，作業時串行執行的，即一個作業一旦開始執行，它就會計算機系統的所有資源，直到運行結束之后，下一個作業才可以繼續執行，
在多道程式設計批處理的系統中，多個作業可以被載入記憶體，從宏觀上看，多個作業并行執行，他們共享處理器、記憶體等計算機資源，
在分時系統中，為支持多用戶互動，處理器在時間維度上被劃為若干間隙，在每一時間間隙，一個用戶完全占有計算器資源，由于時間間隙很短，在宏觀上看，計算機任可以同時為多個用戶服務、提高計算機與用戶互動的效率，
程式或作業的并發執行是現代作業系統的一個基本特征，并發執行的程式必要滿足以下幾個特征才能稱為真正意義上的并發執行：
資源共享的需求、相互隔離的要求、通信和同步的要求
要實作多個程式的并發執行，它們必需能夠共享處理器、記憶體以及I/O設備等計算機資源，
盡管多個程式并發執行，但在邏輯上各個程式應當是相互獨立的，即一個程式的執行結果不受其它程式執行的影響，
有時候，程式之間不完全是相互隔離的，而是存在依賴關系的，即需要進行通信和同步，
所以要實作真正意義上的并發，單純的依靠處理器的指令回圈是遠遠不夠的，
行程的概念
行程是對一個計算任務的抽象和封裝，使每個計算任務更好地實作隔離性、資源共享性和同步的需求，
行程的說法有很多、可以這樣理解行程的概念：
1.行程是計算機程式在處理器上執行時所發生的活動，即行程時程式的一次執行活動
2.行程是對一次計算任務的封裝和抽象、它是一個由執行流、一個資料集、和相關的系統的資源組成的一個活動單元，
3.行程是程式執行的一次實體，是動態的概念、而程式本質上是一個規則（是一個二進制串、也就是機器指令）、通常以檔案的形式存在、是靜態的概念、一個計算機可以同時運行一個程式的多個行程，
4.行程之間共享計算機資源、并在邏輯上相互獨立、或者通過同步機制相互的協調，共同的完成一項計算任務，
行程的結構
參考我的這篇博客
行程的特征
行程是由多程式的并發執行而引出的，它和程式是兩個截然不同的概念，行程的基本特征是對比單個程式的順序執行提出的，也是對行程管理提出的基本要求，
動態性：行程是程式的一次執行，它有著創建、活動、暫停、終止等程序，具有一定的生命周期，是動態地產生、變化和消亡的，動態性是行程最基本的特征，
并發性：指多個行程物體，同存于記憶體中，能在一段時間內同時運行，并發性是行程的重要特征，同時也是作業系統的重要特征，引入行程的目的就是為了使程式能與其他行程的程式并發執行，以提高資源利用率，
獨立性：指行程物體是一個能獨立運行、獨立獲得資源和獨立接受調度的基本單位，凡未建立PCB的程式都不能作為一個獨立的單位參與運行，
異步性：由于行程的相互制約，使行程具有執行的間斷性，即行程按各自獨立的、 不可預知的速度向前推進，異步性會導致執行結果的不可再現性，為此，在作業系統中必須配置相應的行程同步機制，
結構性：每個行程都配置一個PCB對其進行描述，從結構上看，行程物體是由程式段、資料段和行程控制段三部分組成的，
執行緒
是作業系統能夠進行運算調度的最小單位，它被包含在行程之中，是行程中的實際運作單位，一條執行緒指的是行程中一個單一順序的控制流，一個行程中可以并發多個執行緒，每條執行緒并行執行不同的任務，
執行緒的結構
?執行緒控制塊：與行程控制塊類似，包含了描述執行緒屬性的資訊，如執行緒ID、執行緒的堆疊指標、程式計數器、條件碼和通用暫存器的值等，以及執行緒的執行狀態（運行、就緒等），
?執行緒執行堆疊：保存一個執行緒執行程序中的活動記錄，包括用戶堆疊和內核堆疊，其中用戶堆疊用于保存程序呼叫的活動記錄，內核堆疊用于保存系統呼叫的活動記錄，執行堆疊對于每個執行緒來說都是私有的，因此不同執行緒的執行流不會發生相互干擾，
? 執行緒區域存盤（TLS，Thread Local Storage）：是某些作業系統為執行緒單獨提供的私有空間，用于存盤每個執行緒私有的全域變數，即一個執行緒內部的各個程序呼叫都能訪問、但其他執行緒不能訪問的變數，
行程之中創建執行緒的優點
在一個行程之中創建執行緒的優點：
1.在一個已有的行程之中創建一個執行緒比創建一個新的行程所需的開銷時間要少許多、Mach開發者的研究表明、創建一個執行緒比創建一個行程快10倍，
2.終止一個執行緒比終止一個行程所花費的時間要少
3.同一個行程內執行緒之間的切換所花費的時間要比行程之間切換所花費的時間要少
4.執行緒提高了程式之間的通信效率、在大多數的作業系統中、獨立的行程之間的通信需要內核的介入、但是同一個行程之中的執行緒共享記憶體和檔案、同一個行程之中的執行緒之間的通信不需要內核的介入，
行程和執行緒的區別
地址空間：
執行緒共享本行程的地址空間，而行程之間是獨立的地址空間，
資源：
執行緒共享本行程的資源如記憶體、I/O、cpu等，不利于資源的管理和保護，而行程之間的資源是獨立的，能很好的進行資源管理和保護，
健壯性：
多行程要比多執行緒健壯，一個行程崩潰后，在保護模式下不會對其他行程產生影響，但是一個執行緒崩潰整個行程都死掉，
執行程序：
每個獨立的行程有一個程式運行的入口、順序執行序列和程式入口，執行開銷大，
執行緒不能獨立執行，必須依存在應用程式中，由應用程式提供多個執行緒執行控制，執行開銷小，
可并發性：
兩者均可并發執行，
切換時：
行程切換時，消耗的資源大，效率高，所以涉及到頻繁的切換時，使用執行緒要好于行程，同樣如果要求同時進行并且又要共享某些變數的并發操作，只能用執行緒不能用行程，
執行緒是處理器調度的最小單位，但是行程時作業系統資源分配的最小單位，
行程和執行緒之間的關系
| 執行緒：行程 | 描述 | 示例系統 |
|---|---|---|
| 1：1 | 一個行程中只有一個執行緒 | 比如UNIX |
| M:1 | 可以在一個行程之中創建多個的執行緒、這些執行緒共享行程用戶的地址空間 | Windows NT、Linux、MACH、Solaris |
| 1:M | 一個執行緒可以從一個行程環境遷移到另一個行程環境中 | RS、Emerald |
| M:N | 也就是結合了M:1和1:M的情況 | TRIX |
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