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  • 程序和进程区别就在于:程序是指令的集合,它是进程运行的静态描述文本;进程程序的一次执行活动,属于动态概念。 在多道编程中,我们允许多个程序同时加载到内存中,在操作系统的调度下,可以实现并发地执行。...

    进程是什么?

    程序并不能单独运行,只有将程序装载到内存中,系统为它分配资源才能运行,而这种执行的程序就称之为进程。程序和进程的区别就在于:程序是指令的集合,它是进程运行的静态描述文本;进程是程序的一次执行活动,属于动态概念。

    在多道编程中,我们允许多个程序同时加载到内存中,在操作系统的调度下,可以实现并发地执行。这是这样的设计,大大提高了CPU的利用率。进程的出现让每个用户感觉到自己独享CPU,因此,进程就是为了在CPU上实现多道编程而提出的。

    有了进程为什么还要线程?

    进程有很多优点,它提供了多道编程,让我们感觉我们每个人都拥有自己的CPU和其他资源,可以提高计算机的利用率。很多人就不理解了,既然进程这么优秀,为什么还要线程呢?其实,仔细观察就会发现进程还是有很多缺陷的,主要体现在两点上:

    • 进程只能在一个时间干一件事,如果想同时干两件事或多件事,进程就无能为力了。
    • 进程在执行的过程中如果阻塞,例如等待输入,整个进程就会挂起,即使进程中有些工作不依赖于输入的数据,也将无法执行。

    如果这两个缺点理解比较困难的话,举个现实的例子也许你就清楚了:如果把我们上课的过程看成一个进程的话,那么我们要做的是耳朵听老师讲课,手上还要记笔记,脑子还要思考问题,这样才能高效的完成听课的任务。而如果只提供进程这个机制的话,上面这三件事将不能同时执行,同一时间只能做一件事,听的时候就不能记笔记,也不能用脑子思考,这是其一;如果老师在黑板上写演算过程,我们开始记笔记,而老师突然有一步推不下去了,阻塞住了,他在那边思考着,而我们呢,也不能干其他事,即使你想趁此时思考一下刚才没听懂的一个问题都不行,这是其二。

    现在你应该明白了进程的缺陷了,而解决的办法很简单,我们完全可以让听、写、思三个独立的过程,并行起来,这样很明显可以提高听课的效率。而实际的操作系统中,也同样引入了这种类似的机制——线程。

    线程的优点

    因为要并发,我们发明了进程,又进一步发明了线程。只不过进程和线程的并发层次不同:进程属于在处理器这一层上提供的抽象;线程则属于在进程这个层次上再提供了一层并发的抽象。如果我们进入计算机体系结构里,就会发现,流水线提供的也是一种并发,不过是指令级的并发。这样,流水线、线程、进程就从低到高在三个层次上提供我们所迫切需要的并发!

    除了提高进程的并发度,线程还有个好处,就是可以有效地利用多处理器和多核计算机。现在的处理器有个趋势就是朝着多核方向发展,在没有线程之前,多核并不能让一个进程的执行速度提高,原因还是上面所有的两点限制。但如果讲一个进程分解为若干个线程,则可以让不同的线程运行在不同的核上,从而提高了进程的执行速度。

    例如:我们经常使用微软的Word进行文字排版,实际上就打开了多个线程。这些线程一个负责显示,一个接受键盘的输入,一个进行存盘等等。这些线程一起运行,让我们感觉到我们输入和屏幕显示同时发生,而不是输入一些字符,过一段时间才能看到显示出来。在我们不经意间,还进行了自动存盘操作。这就是线程给我们带来的方便之处。

    进程与线程的区别

    • 进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
    • 线程是进程的一个实体, 是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。
    • 一个线程可以创建和撤销另一个线程,同一个进程中的多个线程之间可以并发执行。

    进程和线程的主要差别在于它们是不同的操作系统资源管理方式。进程有独立的地址空间,一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其它进程产生影响,而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量,但线程之间没有单独的地址空间,一个线程死掉就等于整个进程死掉,所以多进程的程序要比多线程的程序健壮,但在进程切换时,耗费资源较大,效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作,只能用线程,不能用进程。

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  • 进程程序区别

    2020-12-22 00:49:32
    动态性(本质特征):进程存在生命周期 并发性(重要特征):可同其他进程一同推进 独立性:各进程地址空间相互独立(逻辑地址) 异步性:进程按不可预知速度推进 与程序相比: 1. 进程是正在计算机执行的实例 2. ...

    2.1.2 进程VS程序

    程序是剧本,进程是演出

    进程基本特征:
    • 动态性(本质特征):进程存在生命周期
    • 并发性(重要特征):可同其他进程一同推进
    • 独立性:各进程地址空间相互独立(逻辑地址)
    • 异步性:进程按不可预知速度推进
    与程序相比:
    1. 进程是正在计算机执行的实例
    2. 进程=PCB+程序代码+数据
    3. 程序是静态的,没有生命周期
    4. 进程与程序并无一一对应关系,如一个dad()程序中涉及多个PV进程
    5. 引入进程的概念是为了容易正确解释多道程序并发
    
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  • 进程程序有何区别进程与线程有何区别进程有哪几种状态、进程调度方法、保持进程同步的方法、如何解决临界区冲突

    【重难点】【操作系统 01】进程与程序有何区别、进程与线程有何区别、进程有哪几种状态、进程调度方法、保持进程同步的方法、如何解决临界区冲突

    一、进程与程序有何区别

    程序的定义

    程序是静态实体,是计算机指令的集合,它以文件的形式存储在磁盘上

    进程的定义

    进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。操作系统引入进程的目的是为了提高 CPU 的执行效率,为了避免因等待而造成 CPU 空转以及其它计算机硬件资源的浪费

    程序和进程的对比

    1. 程序不能申请系统资源,不能被系统调度,也不能作为独立运行的单位;进程是资源申请、调度和独立运行的单位
    2. 程序作为一个静态文件存储在计算机系统的硬盘等存储空间中;而进程则是处于动态条件下由操作系统维护的系统资源管理实体

    二、进程与线程有何区别

    线程的定义

    线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。大部分情况下,它被包含在进程中,是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。同一进程中的多条线程共享该进程中的全部系统资源,如虚拟地址空间、文件描述符和信号处理等等。但同一进程中的多个线程有各自的调用栈、寄存器环境和线程本地存储。一个没有线程的进程可以看作是单线程的,同样线程也经常被看作是一种轻量级的进程。操作系统引入线程的目的是为了减少进程切换和创建的开销,举一个例子,有一个 Web 服务器需要进程以并发的方式处理来自不同用户的网页访问请求,可以通过创建父进程和多个子进程的方式来进行处理,但是创建一个进程要花费较大的系统开销和占用较多的资源。此外,这些不同的用户子进程在执行的时候涉及到进程上下文切换,上下文切换是一个复杂的过程。所以,为了减少进程切换和创建的开销,提高执行效率和节省资源,人们在操作系统中引入了线程的概念

    进程与线程的对比

    1. 进程可以没有线程;而线程必须依赖进程存在
    2. 进程是并发程序在一个数据集合上的一次执行过程,进程是系统进行资源分配和调度的独立单位;线程是进程的实体,它是比进程更小的、能够独立执行的基本单元,线程自己不拥有任何系统资源,但是可以访问其隶属进程的全部资源
    3. 进程有自己的控制表 PCB;线程也有自己的控制表 TCB,但是 TCB 中所保存的线程状态比 PCB 少得多

    三、进程有哪几种状态

    进程一共有 5 种状态,分别是创建、就绪、执行、终止、阻塞

    • 运行状态就是进程正在 CPU 上运行
    • 就绪状态就是说进程已处于准备运行的状态,即进程获得了除 CPU 之外的一切所需资源,一旦得到 CPU 就可以运行
    • 阻塞状态就是进程正在等待某一事件而暂停运行,即使 CPU 空闲,该进程也不能运行,比如等待某资源为可用或等待 I/O 完成。
      在这里插入图片描述
    • 运行态→阻塞态:往往是由于等待 I/O、主存分配或等待人工操作而引起的
    • 阻塞态→就绪态:导致阻塞的原因已解决,一旦得到 CPU 就可以运行
    • 运行态→就绪态:不是由于自身原因,而是外界原因导致处于运行态的进程让出 CPU,例如时间片用完,或者被更高优先级的进程抢占 CPU
    • 就绪态→运行态:系统按某种策略选中就绪队列中的一个进程使用 CPU

    四、进程调度算法

    1.调度的概念

    当 CPU 有一堆任务要处理时,由于其资源优先,这些事情就没有办法同时处理。这就需要确定某种规则来决定处理这些任务的顺序,这就是 “调度” 研究的问题

    所谓的进程调度,就是从进程的就绪队列(阻塞)中按照一定的算法选择一个进程并将 CPU 分配给它运行,以实现进程的并发执行,这是操作系统中最基本的一种调度,在一般的操作系统中都必须配置进程调度。进程调度的频率很高,一般几十毫秒一次

    进程调度算法分为三类:非抢占式进程调度算法、抢占式进程调度算法、最高优先级调度算法

    2.非抢占式进程调度算法

    所谓非抢占式的意思就是,当进程正在运行时,它就会一直运行,直到该进程完成或发生某个事件而被阻塞时,才会把 CPU 让给其它进程

    先来先服务 FCFS

    先来先服务(First Come First Serve),按照进程到达的先后顺序进行调度,先到的进程就先被调度,或者说,当前等待时间越久的越先得到服务

    FCFS 公平、实现简单,但是对短进程不利,排在长进程后面的短进程需要等待很长时间,短进程的响应时间太长了,用户交互体验会变差

    最短作业优先 SJF

    最短作业优先(Shortest Job First),每次调度时选择当前已到达的、且运行时间最短的进程

    SJF 和 FCFS 恰好相反,FCFS 对短进程不利,而 SJF 对长进程不利,因为如果一直有短进程进来,那么长进程永远得不到调度

    高响应比优先 HRRN

    高响应比优先(Highest Response Ratio Next),只有当前运行的进程主动放弃 CPU 时(正常/异常完成或主动阻塞),才需要进行调度,调度时计算所有就绪进程的响应比,为响应比最高的进程分配 CPU。响应比 = (进程的等待时间 + 进程需要的运行时间)/ 进程需要的运行时间

    HRRN 同时考虑每个作业的等待时间长短和预估需要的执行时间长短,从中选出响应比最高的作业执行。这样,即使是长作业,随着它等待时间的增加,响应比也随之增加,也就有机会获得调度执行。但是由于每次调度前都要计算响应比,系统开销也会相应增加

    3.抢占式进程调度算法

    抢占式就是指当前进程在运行时可以被打断

    最短剩余时间优先 SRTN

    最短剩余时间优先(Shortest Remaining Time Next),当一个新的进程到达时,把它所需要的整个运行时间与当前进程的剩余运行时间作比较。如果新的进程需要的时间更少,则挂起当前进程,运行新的进程,否则新的进程等待

    SJF 的抢占式版本,比 SJF 稍微公平一点,如果当前进程即将完成,那么即使不断进来短进程,还是有很大概率优先级比短进程高,不会长时间得不到调度

    轮转调度 RR

    轮转调度(Round-Robin),也称时间片调度算法,调度程序每次把 CPU 分给就绪队列的第一个进程,并规定固定的使用时间,成为时间片,通常为 10ms ~ 200ms。就绪队列中的每个进程轮流地运行一个时间片,当时间片耗尽时就强迫当前运行进程让出 CPU 资源,转而排到就绪队列尾部,等待下一轮调度

    需要注意的是,时间片的长度是一个很关键的因素:

    • 如果时间片设置得太短,就会导致频繁的进程上下文切换,降低了 CPU 效率
    • 如果时间片设置得太长,那么随着就绪队列中进程数目的增加,轮转一次消耗的总时间加长,即每个进程的响应速度变慢。当时间片大到足以让进程完成其所有任务,RR 便退化为 FCFS

    RR 对每个进程都一视同仁,如果用户进程太多,可能会导致内核的服务进程响应跟不上。而在操作系统中,内核进程是比用户进程重要得多的,毕竟它关乎整个系统的稳定性

    4.最高优先级调度算法

    最高优先级优先 HPF

    最高优先级优先(Highest Priority First),就是从就绪队列中选择最高优先级的进程执行。进程优先级分为静态优先级和动态优先级:

    • 静态优先级:创建进程时,就预先规定优先级,并且整个运行过程中该进程的优先级都不会发生变化。一般来说,内核进程的优先级都是高于用户进程的
    • 动态优先级:根据进程的动态变化调整优先级,比如随着进程的运行时间增加,适当地降低其优先级。随着就绪队列中进程的等待时间增加,其优先级也会适当地被提高

    另外需要注意的是,HPF 并非是固定的抢占式或非抢占式策略,系统可预先规定使用哪种策略:

    • 非抢占式:当就绪队列中出现优先级高的进程,则运行完当前进程后,再选择该优先级高的进程
    • 抢占式:当就绪队列中出现优先级高的进程,则立即强制剥夺当前运行进程的 CPU 资源,分配给优先级更高的进程运行

    五、保持进程同步的方法

    进程同步就是控制多个进程按一定顺序执行,而进程间通信(IPC)是在进程间传输信息。它们之间的关系是:进程通信是一种手段,而进程同步是一种目的,为了能够达到进程同步的目的,需要让进程进行通信,传输一些进程同步所需要的信息

    保持进程同步的方法也就是进程间的通信方式,常用的进程间通信方式有管道、共享内存、消息队列、信号量和套接字

    管道

    管道分为命名管道和匿名管道,命名管道可以用于两个以上的进程间通信,匿名管道则只能用于有血缘关系(父子进程、兄弟进程、爷孙进程等)的进程间通信。Linux 中的 “|” 命令就是匿名管道,表示把一个进程的输出作为另一个进程的输入。管道就是内核里的一段缓存,从管道一端写入的数据实际上是缓存在内核种,从另一端读取也就是从内核中读取这段数据。管道是半双工的,数据只能向一个方向流动,双方需要互相通信时,需要建立起两个管道

    共享内存

    共享内存就是映射一段能被其它线程访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问。共享内存是最快的一种程间通信方式,因为没有内存拷贝的操作,但需要依靠互斥锁或信号量来实现同步

    信号

    信号是 LInux 系统中的进程间通信方式,信号可以在任何时候发给某一进程,用于通知该进程某个事件已经发生。比如 kill -9 命令就可以向指定的进程发送一个终止信号从而杀死进程

    信号量

    信号量本质就是一个计数器,记录资源能被多少个进程同时访问,用来实现进程之间的互斥与同步,信号量的引入是为了解决共享内存通信方式造成的进场安全问题

    消息队列

    多个不相干的进程可以通过一个消息队列来传递数据,且传递的是一个有意义的数据结构,而管道只能传递没有意义的字节流,还需在再接收端做解析。消息队列和管道一样是有一个 buffer size 限制的,当 buffer size 为空或为满的时候,send 和 receive 会 sleep

    消息队列的目的是提供高于一般速度的进程间通信方式,但现在与其它形式的程间通信相比,速度方面已经没有什么差别,在考虑到使用消息队列时遇到的问题,在新的应用程序中不应当再使用它们

    套接字

    可用于不同主机之间的进程间通信

    六、如何解决临界区冲突

    临界资源

    临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源。属于临界资源的硬件比如打印机,软件比如消息队列。进程间采取互斥方式实现这种资源的共享

    临界区

    每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区

    解决临界区冲突的方法:

    1. 如果有若干进程要求进入空闲的临界区,一次仅允许一个进程进入
    2. 任何时候,处于临界区内的进程不可多于一个。如果已有进程进入自己的临界区,则其它所有试图进入临界区的进程必须等待
    3. 进入临界区的进程要在有限时间内退出,以便其它进程能及时进入自己的临界区
    4. 如果进程不能进入自己的临界区,则应让出 CPU,避免进程出现 “忙等” 现象
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  • 进程和线程的区别 进程 一个在内存中运行的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间,一个进程可以有多个线程,比如在Windows系统中,一个运行的xx.exe就是一个进程。 线程 进程中的一个执行任务(控制单元)...

    进程和线程的区别

    进程

    一个在内存中运行的应用程序。每个进程都有自己独立的一块内存空间,一个进程可以有多个线程,比如在Windows系统中,一个运行的xx.exe就是一个进程。

    线程

    进程中的一个执行任务(控制单元),负责当前进程中程序的执行。一个进程至少有一个线程,一个进程可以运行多个线程,多个线程可共享数据。

    进程和线程的区别

    进程的内存空间是独立的,线程共享进程的方法区资源,但每个线程有自己的程序计数器虚拟机栈本地方法栈,所以系统在产生一个线程,或是在各个线程之间作切换工作时,负担要比进程小得多,也正因为如此,线程也被称为轻量级进程。

    程序计数器为什么是私有的?

    程序计数器主要有下面两个作用:

    1. 字节码解释器通过改变程序计数器来依次读取指令,从而实现代码的流程控制,如:顺序执行、选择、循环、异常处理。
    2. 在多线程的情况下,程序计数器用于记录当前线程执行的位置,从而当线程被切换回来的时候能够知道该线程上次运行到哪儿了。

    需要注意的是,如果执行的是 native 方法,那么程序计数器记录的是 undefined 地址,只有执行的是 Java 代码时程序计数器记录的才是下一条指令的地址。

    所以,程序计数器私有主要是为了线程切换后能恢复到正确的执行位置

    虚拟机栈和本地方法栈为什么是私有的?

    • 虚拟机栈:每个 Java 方法在执行的同时会创建一个栈帧用于存储局部变量表、操作数栈、常量池引用等信息。从方法调用直至执行完成的过程,就对应着一个栈帧在 Java 虚拟机栈中入栈和出栈的过程。
    • 本地方法栈:和虚拟机栈所发挥的作用非常相似,区别是: 虚拟机栈为虚拟机执行 Java 方法 (也就是字节码)服务,而本地方法栈则为虚拟机使用到的 Native 方法服务。 在 HotSpot 虚拟机中和 Java 虚拟机栈合二为一。

    所以,为了保证线程中的局部变量不被别的线程访问到,虚拟机栈和本地方法栈是线程私有的。

    多进程和多线程区别

    多进程:操作系统中同时运行的多个程序

    多线程:在同一个进程中同时运行的多个任务

    举个例子,多线程下载软件,可以同时运行多个线程,但是通过程序运行的结果发现,每一次结果都不一致。 因为多线程存在一个特性:随机性。造成的原因:CPU在瞬间不断切换去处理各个线程而导致的,可以理解成多个线程在抢CPU资源。

    在同一时刻,单核电脑CPU只会执行一个线程,但由于CPU执行速度快,多线程之间切换速度快,人类察觉不出来,就有一种“多线程同时执行”的错觉,实际多线程就是CPU在瞬间不断切换去处理各个线程而导致的,可以理解成多个线程在抢CPU资源。

    多线程并不能提高CPU运行速度,但可以提高CPU运行效率,让CPU的使用率更高。但是如果多线程有安全问题或出现频繁的上下文切换时,运算速度可能反而更低。

    什么是上下文切换?

    多线程编程中一般线程的个数都大于 CPU 核心的个数,而一个 CPU 核心在任意时刻只能被一个线程使用,为了让这些线程都能得到有效执行,CPU 采取的策略是为每个线程分配时间片并轮转的形式。当一个线程的时间片用完的时候就会重新处于就绪状态让给其他线程使用,这个过程就属于一次上下文切换。

    概括来说就是:当前任务在执行完 CPU 时间片切换到另一个任务之前会先保存自己的状态,以便下次再切换回这个任务时,可以再加载这个任务的状态。任务从保存到再加载的过程就是一次上下文切换

    上下文切换通常是计算密集型的。也就是说,它需要相当可观的处理器时间,在每秒几十上百次的切换中,每次切换都需要纳秒量级的时间。所以,上下文切换对系统来说意味着消耗大量的 CPU 时间,事实上,可能是操作系统中时间消耗最大的操作。

    Linux 相比与其他操作系统(包括其他类 Unix 系统)有很多的优点,其中有一项就是,其上下文切换和模式切换的时间消耗非常少。

    进程与线程的区别总结

    线程具有许多传统进程所具有的特征,故又称为轻型进程(Light—Weight Process)或进程元;而把传统的进程称为重型进程(Heavy—Weight Process),它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中,通常一个进程都有若干个线程,至少包含一个线程。

    根本区别:进程是操作系统资源分配的基本单位,而线程是处理器任务调度和执行的基本单位

    资源开销:每个进程都有独立的代码和数据空间(程序上下文),程序之间的切换会有较大的开销;线程可以看做轻量级的进程,同一类线程共享代码和数据空间,每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器(PC),线程之间切换的开销小。

    包含关系:如果一个进程内有多个线程,则执行过程不是一条线的,而是多条线(线程)共同完成的;线程是进程的一部分,所以线程也被称为轻权进程或者轻量级进程。

    内存分配:同一进程的线程共享本进程的地址空间和资源,而进程之间的地址空间和资源是相互独立的

    影响关系:一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其他进程产生影响,但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

    执行过程:每个独立的进程有程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程执行控制,两者均可并发执行

    参考博文:https://blog.csdn.net/ThinkWon/article/details/102021274

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