进程
进程的出现是为了更好的利用CPU资源使到并发成为可能。
是执行中一段程序,即一旦程序被载入到内存中并准备执行,它就是一个进程。
进程是表示资源分配的的基本单位,又是调度运行的基本单位,是系统中的并发执行的单位。
进程同步
多进程虽然提高了系统资源利用率和吞吐量,但是由于进程的异步性可能造成系统的混乱。
进程同步的任务就是对多个相关进程在执行顺序上进行协调,使并发执行的多个进程之间可以有效的共享资源和相互合作,
保证程序执行的可再现性。一般进程同步的方法有这几种: **计时器**,**信号量**,**事件**,**互斥锁**.
信号量
用于进程间传递信号的一个整数值。在信号量上只有三种操作可以进行:初始化,P操作(-)和V操作(+),
这三种操作都是原子操作。P操作(-)可以用于阻塞一个进程,V操作(+)可以用于解除阻塞一个进程。
一个信号量可以初始化为非负数,
semWait操作使信号量s减1.若值为负数,则执行semWait的进程被阻塞。否则进程继续执行。
semSignal操作使信号量加1,若值大于或等于零,则被semWait操作阻塞的进程被解除阻塞。
进程状态
就绪→执行 调度程序选一个优先权最高的进程占有处理机;
执行→就绪 处于执行状态的进程在其执行过程中,因分配给它的一个时间片已用完而不得不让出处理机,于是进程从执行状态转变成就绪状态。'
当前运行进程时间片用完;
执行→阻塞 当前运行进程等待键盘输入,进入了睡眠状态;
正在执行的进程因等待某种事件发生而无法继续执行时,便从执行状态变成阻塞状态。
阻塞→就绪
I/O操作完成,被中断处理程序唤醒。
处于阻塞状态的进程,若其等待的事件已经发生,于是进程由阻塞状态转变为就绪状态。
进程通讯
进程通讯的目的是:数据传输,共享数据,通知事件,资源共享,进程控制。通讯的方式有如下几种
管道pipe
管道是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,
而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
命名管道FIFO
有名管道也是半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
消息队列MessageQueue
消息队列是有消息的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识。
消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
共享存储SharedMemory
共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,
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**IPC**方式,
它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。
它往往与其他通信机制,如信号量,配合使用,来实现进程间的同步和通信。
信号量Semaphore:
信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。
它常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,
其他进程也访问该资源。因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
套接字Socket
套解口也是一种进程间通信机制,与其他通信机制不同的是,它可用于不同及其间的进程通信。
信号
信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生。
线程
单个进程中执行中每个任务就是一个线程。线程是进程中执行运算的最小单位。
一个线程只能属于一个进程,但是一个进程可以拥有多个线程。
多线程处理就是允许一个进程中在同一时刻执行多个任务。
线程是一种轻量级的进程,与进程相比,线程给操作系统带来侧创建、维护、和管理的负担要轻,意味着线程的代价或开销比较小。
线程没有地址空间,线程包含在进程的地址空间中。线程上下文只包含一个堆栈、一个寄存器、一个优先权,
线程文本包含在他的进程的文本片段中,进程拥有的所有资源都属于线程。所有的线程共享进程的内存和资源。
同一进程中的多个线程共享代码段(代码和常量),数据段(全局变量和静态变量),扩展段(堆存储)。
但是每个线程拥有自己的栈段, 寄存器的内容,栈段又叫运行时段,用来存放所有局部变量和临时变量。
父和子进程使用进程间通信机制,同一进程的线程通过读取和写入数据到进程变量来通信。
进程中任何线程都可以通过销毁主线程来销毁进程,销毁主线程将导致该进程的销毁,对主线程的修改可能影响所有的线程。
进程与线程共同点:
进程和线程都有ID/寄存器组、状态和优先权、信息块,创建后都可更改自己的属性,
都可与父进程共享资源、都不能直接访问其他无关进程或线程的资源。
协程:
一个程序可以包含多个协程,可以对比与一个进程包含多个线程,
因而下面我们来比较协程和线程。我们知道多个线程相对独立,
有自己的上下文,切换受系统控制;而协程也相对独立,有自己的上下文,
但是其切换由自己控制,由当前协程切换到其他协程由当前协程来控制。
并行:
并行就是指同一时刻有两个或两个以上的“工作单位”在同时执行,
从硬件的角度上来看就是同一时刻有两条或两条以上的指令处于执行阶段。
所以,多核是并行的前提
并发:
使多个操作可以在重叠的时间段内进行
并行与并发的关系:
并发的设计使到并发执行成为可能,而并行是并发执行的其中一种模式。