hello~ 我是小索奇

本篇文章将用不同的例子和思维给大家详细讲解进程和线程,避免大家懵圈;

进程和线程是计算机操作系统中的基本概念,虽然听起来很高大上,但其实它们与我们日常生活中所使用的手机、电脑等设备息息相关。

索奇在学习进程和线程概念的时候,看了很多文章,也有很多懵圈的地方,那时我经常会和手机和电脑进行比较...话不多说,go


浅显易懂的例子

全方位讲解的线程和进程_时间片

首先,我们可以将进程理解为正在运行的程序实例。就像我们在手机上打开微信、QQ等应用程序时,手机会启动一个新的进程来运行该应用程序。这个进程包含了该应用程序所需要的所有资源,如内存、CPU时间等等。如果你同时打开多个应用程序,那么就会有多个进程同时运行。

这些进程之间相互独立,互不干扰,但它们共享一些系统资源,如网络连接和文件系统等。

而线程则是进程中执行的最小单位,用于同时执行多个任务。线程之间可以并发运行,从而提高程序的效率和响应速度。就像我们在手机上同时下载多个文件时,手机会创建多个线程来并发下载这些文件,以达到更快的下载速度。

当你在电脑上打开一个应用程序时,电脑也会启动一个进程来运行该程序,然后在这个进程中创建多个线程来执行不同的任务。比如,一个浏览器可能会有一个线程负责加载网页内容,另一个线程负责处理用户输入等等。这些线程之间可以相互通信,共享同一份数据,但它们也是相互独立的,互不干扰。

有些应用程序会启动多个进程来运行,比如游戏应用程序会启动一个进程来负责游戏逻辑,另一个进程则负责渲染游戏画面。这样做的好处是可以将不同的任务分配到不同的进程中去,从而提高程序的性能和稳定性。


计算机操作系统概念(不懂的话也没事)

全方位讲解的线程和进程_应用程序_02

进程和线程到底是什么?有什么关系?

在计算机操作系统中,进程和线程负责管理计算机的资源,协调不同任务的执行,使得程序能够正常运行。

全方位讲解的线程和进程_创建进程_03


进程是程序的一次执行过程,是一个动态概念,是程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位,每一个进程都有一个自己的地址空间,至少有 5 种基本状态,它们是:初始态,执行态,等待状态,就绪状态,终止状态。

  1. 新建状态(New):当操作系统创建一个新进程时,该进程就处于新建状态。此时,操作系统已经为该进程分配了必要的资源,但该进程还没有开始执行。
  2. 就绪状态(Ready):当进程已经准备好运行,并且已经分配了所有必要的资源,等待CPU分配时间片来执行时,该进程就处于就绪状态。
  3. 运行状态(Running):当进程被分配到CPU时间片并且开始执行时,该进程就处于运行状态。
  4. 阻塞状态(Blocked):当进程需要等待某个事件的发生(如等待输入/输出操作完成)而暂时无法执行时,该进程就处于阻塞状态。
  5. 终止状态(Terminated):当进程完成其任务或被操作系统强制终止时,该进程就处于终止状态。在终止状态下,操作系统会回收该进程所占用的资源。


进程 & 线程

  • 进程也被称为进程实体、进程映像
    但是严格来说进程不是进程实体,进程实体是静态的,进程是动态的。如果没有专门强调两者区别,一般可以认为进程就是进程实体
    因此我们也可以说进程是由程序段、数据段、PCB三部分组成
  • 例如创建进程,实质就是创建进程实体中的PCB;而撤销进程,就是撤销进程中的PCB(进程控制块)
  • 进程是资源分配的最小单位,线程是CPU调度的最小单位
  • 一个线程 只能属于一个进程,而一个进程可以有多个线程,但至少有一个线程
  • 开销方面:每个进程都有独立的代码和数据空间(程序上下文),进程之间切换开销大;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
  • 所处环境:在操作系统中能同时运行多个进程(程序);而在同一个进程(程序)中有多个线程同时执行(通过CPU调度,在每个时间片中只有一个线程执行)
  • 内存分配:系统为每个进程分配不同的内存空间;而对线程而言,除了CPU外,系统不会为线程分配内存(线程所使用的资源来自其所属进程的资源),线程组之间只能共享资源
  • 包含关系: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
  • 一个线程可以占用一个或多个CPU核心的资源,具体取决于线程所执行的任务和系统的调度策略。在多核CPU上,多个线程可以同时运行,以达到并发执行的效果。


一个CPU核心就是一个进程吗?

全方位讲解的线程和进程_时间片_04

一个 CPU 核心并不一定就是一个进程,也不是一个内核。CPU 核心是处理器中的物理单元,用于执行指令和计算操作。而进程是操作系统中的抽象概念,表示正在运行的程序实例,可能会分配到多个 CPU 核心上执行。而内核是操作系统的核心部分,负责管理和调度进程、提供系统资源等功能。一个 CPU 核心可以由操作系统的内核来调度多个进程。(一个操作系统通常只有一个内核哈)


进程有哪几部分组成?

  1. 程序段:也称为代码段,是进程的可执行代码部分。在这个段中,存储了程序的指令和操作系统所需的其他信息。当进程被调度时,操作系统会将该进程的程序段加载到内存中,并根据程序计数器(PC)来执行其中的指令。
  2. 数据段:也称为静态段,是进程中用于存储数据的部分。在这个段中,存储了程序所需的各种数据结构、变量和常量等信息。当进程被调度时,操作系统会将该进程的数据段加载到内存中,并提供给进程进行读写操作。
  3. PCB:是操作系统中用来管理进程的一种数据结构,包含了该进程的所有信息,如进程状态、程序计数器、寄存器值、堆栈指针、内存分配情况、打开文件列表等等。PCB的使用可以帮助操作系统更好地管理进程,保证不同进程之间的独立性和安全性,以及协调不同进程之间的资源共享和互斥访问。

对PCB还是有点懵?

全方位讲解的线程和进程_创建进程_05

  • PCB是进程控制块(Process Control Block)的缩写,是操作系统中用来管理进程的一种数据结构。
  • PCB是进程存在的唯一标志
  • 当操作系统需要切换当前正在运行的进程时,会先将当前进程的PCB保存下来,然后加载下一个进程的PCB信息,从而实现进程之间的切换。PCB的使用可以帮助操作系统更好地管理进程,保证不同进程之间的独立性和安全性,以及协调不同进程之间的资源共享和互斥访问。
  • 例如创建进程,实质就是创建进程实体中的PCB;而撤销进程,就是撤销进程中的PCB(进程控制块)


拓展概念

除了进程和线程,还有一些其他的概念也非常重要。比如,CPU时间片、死锁等等。CPU时间片是指操作系统为每个进程或线程分配的最小单位时间,在这个时间内,该进程或线程独占CPU资源。而死锁则是由于不同任务之间的相互依赖,导致它们无法继续执行的情况。

为什么那么卡~

全方位讲解的线程和进程_应用程序_06

如果你在电脑上同时打开多个应用程序,并且其中有一个应用程序占用了大量的CPU资源,那么其他应用程序就会变得非常卡顿。这是因为操作系统会将CPU资源分配给正在运行的应用程序,如果其中一个应用程序占用了太多的CPU资源,那么其他应用程序就会受到影响。

当你选择手机电脑的时候,我们就可以考虑设备的处理器性能和内存大小,因为这些硬件资源会直接影响设备运行多个进程和线程的能力(也就是你卡不卡的原因~)