進程和線程的區別和聯系

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進程概念

　　進程是表示資源分配的基本單位，又是調度運行的基本單位。例如，用戶運行自己的程序，系統就創建一個進程，并為它分配資
源，包括各種表格、內存空間、磁盤空間、I/O設備等。然后，把該進程放人進程的就緒隊列。進程調度程序選中它，為它分配CPU
以及其它有關資源，該進程才真正運行。所以，進程是系統中的并發執行的單位。
在Mac、Windows NT等采用微內核結構的操作系統中，進程的功能發生了變化：它只是資源分配的單位，而不再是調度運行的單位
。在微內核系統中，真正調度運行的基本單位是線程。因此，實現并發功能的單位是線程。
線程概念
　　線程是進程中執行運算的最小單位，亦即執行處理機調度的基本單位。如果把進程理解為在邏輯上操作系統所完成的任務，那么
線程表示完成該任務的許多可能的子任務之一。例如，假設用戶啟動了一個窗口中的數據庫應用程序，操作系統就將對數據庫的調用
表示為一個進程。假設用戶要從數據庫中產生一份工資單報表，并傳到一個文件中，這是一個子任務；在產生工資單報表的過程中，
用戶又可以輸人數據庫查詢請求，這又是一個子任務。這樣，操作系統則把每一個請求――工資單報表和新輸人的數據查詢表示為數據
庫進程中的獨立的線程。線程可以在處理器上獨立調度執行，這樣，在多處理器環境下就允許幾個線程各自在單獨處理器上進行。操
作系統提供線程就是為了方便而有效地實現這種并發性
引入線程的好處
（1）易于調度。
（2）提高并發性。通過線程可方便有效地實現并發性。進程可創建多個線程來執行同一程序的不同部分。
（3）開銷少。創建線程比創建進程要快，所需開銷很少。。
（4）利于充分發揮多處理器的功能。通過創建多線程進程（即一個進程可具有兩個或更多個線程），每個線程在一個處理器上運行
，從而實現應用程序的并發性，使每個處理器都得到充分運行。
進程和線程的關系
（1）一個線程只能屬于一個進程，而一個進程可以有多個線程，但至少有一個線程。線程是操作系統可識別的最小執行和調度單位
。
（2）資源分配給進程，同一進程的所有線程共享該進程的所有資源。 同一進程中的多個線程共享代碼段(代碼和常量)，數據段(全局
變量和靜態變量)，擴展段(堆存儲)。但是每個線程擁有自己的棧段，棧段又叫運行時段，用來存放所有局部變量和臨時變量。
（3）處理機分給線程，即真正在處理機上運行的是線程。
（4）線程在執行過程中，需要協作同步。不同進程的線程間要利用消息通信的辦法實現同步。
處理機管理是操作系統的基本管理功能之一，它所關心的是處理機的分配問題。也就是說把CPU(中央處理機)的使用權分給某個程序
，通常把這個正準備進入內存的程序稱為作業，當這個作業進入內存后我們把它稱為進程。
自從60年代提出進程概念，在操作系統中一直都是以進程作為能獨立運行的基本單位的。直到80年代中期，人們又提出了比進程更小
的能獨立運行的基本單位 ——線程；試圖用它來提高系統內程序并發執行的速度，從而可進一步提高系統的吞吐量。近幾年，線程
概念已得到了廣泛應用，不僅在新推出的操作系統中，大多 都已引入了線程概念，而且在新推出的數據庫管理系統和其它應用軟件中
，也都紛紛引入了線程，來改善系統的性能。
如果說，在操作系統中引入進程的目的，是為了使多個程序并發執行，以改善資源利用率及提高系統的吞吐量；那么，在操作系統中
再引入線程則是為了減少程序并 發執行時所付出的時空開銷，使操作系統具有更好的并發性。為了說明這一點，我們首先回顧進程的
兩個基本屬性：
(1)進程是一個可擁有資源的獨立單位；
(2)進程同時又是——個可以獨立調度和分派的基本單位。正是由于進程具有這兩個基本屬性，才使之成為一個能獨立運行的基本單位
，從而也就構成了進程并發執行的基礎。
然而為使程序能并發執行，系統還必須進行以下的一系列操作：
(1)創建進程。系統在創建進程時，必須為之分配其所必需的、除處理機以外的所有資源。如內存空間、I／0設備以及建立相應的PCB
。
(2)撤消進程。系統在撤消進程時，又必須先對這些資源進行回收操作，然后再撤消PCB。
(3)進程切換。在對進程進行切換時，由于要保留當前進程的CPU環境和設置新選中進程的CPU環境，為此需花費不少處理機時間。
簡言之，由于進程是一個資源擁有者，因而在進程的創建、撤消和切換中，系統必須為之付出較大的時空開銷。也正因為如此，在系
統中所設置的進程數目不宜過多，進程切換的頻率也不宜太高，但這也就限制了并發程度的進一步提高。
如何能使多個程序更好地并發執行，同時又盡量減少系統的開銷，已成為近年來設計操作系統時所追求的重要目標。于是，有不少操
作系統的學者們想到，可否將進 程的上述屬性分開，由操作系統分開來進行處理。即對作為調度和分派的基本單位，不同時作為獨立
分配資源的單位，以使之輕裝運行；而對擁有資源的基本單位， 又不頻繁地對之進行切換。正是在這種思想的指導下，產生了線程概
念。
在引入線程的操作系統中，線程是進程中的一個實體，是被系統獨立調度和分派的基本單位。線程自己基本上不擁有系統資源，只擁
有一點在運行中必不可少的資源 (如程序計數器、一組寄存器和棧)，但它可與同屬一個進程的其它線程共享進程所擁有的全部資源。
一個線程可以創建和撤消另一個線程；同一進程中的多個線程 之間可以并發執行。由于線程之間的相互制約，致使線程在運行中也呈
現出間斷性。相應地，線程也同樣有就緒、阻塞和執行三種基本狀態，有的系統中線程還有終 止狀態。
線程與進程的比較
線程具有許多傳統進程所具有的特征，故又稱為輕型進程(Light—Weight Process)或進程元；而把傳統的進程稱為重型進程(Heavy
—Weight Process)，它相當于只有一個線程的任務。在引入了線程的操作系統中，通常一個進程都有若干個線程，至少需要一個線
程。下面，我們從調度、并發性、 系統開銷、擁有資源等方面，來比較線程與進程。
1．調度
在傳統的操作系統中，擁有資源的基本單位和獨立調度、分派的基本單位都是進程。而在引入線程的操作系統中，則把線程作為調度
和分派的基本單位。而把進程作 為資源擁有的基本單位，使傳統進程的兩個屬性分開，線程便能輕裝運行，從而可顯著地提高系統的
并發程度。在同一進程中，線程的切換不會引起進程的切換，在 由一個進程中的線程切換到另一個進程中的線程時，將會引起進程的
切換。
2．并發性
在引入線程的操作系統中，不僅進程之間可以并發執行，而且在一個進程中的多個線程之間，亦可并發執行，因而使操作系統具有更
好的并發性，從而能更有效地使 用系統資源和提高系統吞吐量。例如，在一個未引入線程的單CPU操作系統中，若僅設置一個文件服
務進程，當它由于某種原因而被阻塞時，便沒有其它的文件服 務進程來提供服務。在引入了線程的操作系統中，可以在一個文件服務
進程中，設置多個服務線程，當第一個線程等待時，文件服務進程中的第二個線程可以繼續運 行；當第二個線程阻塞時，第三個線程
可以繼續執行，從而顯著地提高了文件服務的質量以及系統吞吐量。
3．擁有資源
不論是傳統的操作系統，還是設有線程的操作系統，進程都是擁有資源的一個獨立單位，它可以擁有自己的資源。一般地說，線程自
己不擁有系統資源(也有一點必 不可少的資源)，但它可以訪問其隸屬進程的資源。亦即，一個進程的代碼段、數據段以及系統資源，
如已打開的文件、I/O設備等，可供問一進程的其它所有線 程共享。
4．系統開銷
由于在創建或撤消進程時，系統都要為之分配或回收資源，如內存空間、I／o設備等。因此，操作系統所付出的開銷將顯著地大于在
創建或撤消線程時的開銷。類 似地，在進行進程切換時，涉及到整個當前進程CPU環境的保存以及新被調度運行的進程的CPU環境
的設置。而線程切換只須保存和設置少量寄存器的內容，并 不涉及存儲器管理方面的操作。可見，進程切換的開銷也遠大于線程切換
的開銷。此外，由于同一進程中的多個線程具有相同的地址空間，致使它們之間的同步和通信的實現，也變得比較容易。在有的系統
中，線程的切換、同步和通信都無須操作系統內核的干預 。

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