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      進程、線程、進程池、進程三態、同步、異步、并發、并行、串行

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      一.進程, 線程

      1.進程

      什么是進程?

      • 開發寫的代碼我們稱為程序,那么將開發的代碼運行起來。我們稱為進程。
      • 明白點: 當我們運行一個程序,那么我們將運行的程序叫進程。

      精簡重點

      進程是申請一塊內存空間,將數據放到內存空間中去, 是申請數據的過程是最小的資源管理單元

      • 進程是線程的容器

      程序與進程的區別

      • 程序是數據和指令的集合, 是一個靜態的概念, 就是一堆代碼, 可以長時間的保存在系統中
      • 進程是程序運行的過程, 是一個動態的概念, 進程存在著生命周期, 也就是說進程會隨著程序的終止而銷毀, 不會永久存在系統中

      進程之間交互

      • 進程之間通過 TCP/IP 端口實現

      2.線程

      什么是線程

      • 線程是操作系統能夠進行運算調度的最小單位。
      • 它被包含在進程之中,是進程中的實際運作單位。
      • 一條線程指的是進程中一個單一順序的控制流,一個進程中可以并發多個線程,每條線程并行執行不同的任務。

      精簡重點

      是進程的一條流水線, 只用來執行程序,而不涉及到申請資源, 是程序的實際執行者最小的執行單元

      線程之間交互

      • 多個線程共享同一塊內存,通過共享的內存空間來進行交互

      3.進程與線程的關系

      例子:

      我們打開一個聊天軟件,這就是開啟了一個進程;當我們在軟件里面打開一些功能,比如空間, 掃一掃, 設置…,這些操作就是線程

      所以可以說 “進程” 包含 “線程”, “線程” 是 “進程” 的子集

      進程是線程的容器

      工廠流水線例子:

      進程、線程、進程池、進程三態、同步、異步、并發、并行、串行插圖
      進程、線程、進程池、進程三態、同步、異步、并發、并行、串行插圖1

      4.總結

      • 進程:指在系統中正在運行的一個應用程序;程序一旦運行就是進程;進程——資源分配的最小單位。
      • 線程:系統分配處理器時間資源的基本單元,或者說進程之內獨立執行的一個單元執行流。線程——程序執行的最小單位。
      • 進程要分配一大部分的內存,而線程只需要分配一部分棧就可以了.
      • 一個程序至少有一個進程,一個進程至少有一個線程.
      • 一個線程可以創建和撤銷另一個線程,同一個進程中的多個線程之間可以并發執行.

      二.并行, 并發, 串行

      • 并發: 多個任務看起來是同時進行, 這是一種假并行

      單核下使用多道技術實現

      進程、線程、進程池、進程三態、同步、異步、并發、并行、串行插圖2
      • 并行: 多個任務同時進行

      并行必須有多核才能實現,否則只能實現并發(偽并行)

      進程、線程、進程池、進程三態、同步、異步、并發、并行、串行插圖3
      • 串行: 一個程序完完整整的運行完,再運行下一個進程
      進程、線程、進程池、進程三態、同步、異步、并發、并行、串行插圖4

      四.任務運行的三種狀態

      進程在運行的過程中不斷地改變其運行狀態

      通常一個運行的進程必須具有三種狀態:就緒態, 運行態, 阻塞態

      1.就緒態 (Ready)

      • 當進程已分配到除CPU以外的所有必要的資源后,只要再獲得CPU, 便可執行程序, 進程這時的狀態就稱為就緒態,
      • 在一個系統中處于就緒態的進程可能有多個, 通常將他們排成一個隊列, 這就叫就緒隊列

      2.運行態 (Running)

      • 當進程已經獲得CPU操作權限, 其程序正在運行, 著就叫做運行態
      • 在單核操作系統中, 只有一個進程處于運行態, 多核操作系統有多個進程處于運行態

      3.阻塞態 (Blocked)(sleep)

      • 正在執行的進程, 由于等待某個事件而無法執行時, 便被操作系統剝奪了cpu的操作時間, 這是就是阻塞態
      • 引起阻塞的原因多種, 例如: 等待I/O操作, 更高優先級的任務搶走了CPU權限等.

      4.進程三種狀態 間的轉換

      一個進程在運行期間, 會不斷地在一種狀態切換到另一只種狀態

      他可以是多次處于就緒態和運行態, 也可以多次處于阻塞態, 下圖是三種狀態的轉換圖

      進程、線程、進程池、進程三態、同步、異步、并發、并行、串行插圖5

      就緒態??運行態

      處于就緒態的進程, 當進程調度程序為之分配了CPU的時間片后, 該進程就會由就緒態轉變成運行態

      運行態??就緒態

      處于運行態的進程在運行過程中, 因為分配的時間片用完了, 于是失去了CPU的使用權限, 運行態就會重新轉為就緒態

      運行態??阻塞態

      正在運行的進程由于遇到I/O操作或被更高優先級的任務搶走CPU使用權限而無法繼續執行, 便從運行態轉為阻塞態

      阻塞態??就緒態

      處于阻塞態的進程, 若其等待的事情已經處理完畢, 于是進程從阻塞態轉為就緒態

      四.任務提交的兩種方式

      1.同步

      • 同步是指發送方發送數據后, 等接收方發回響應后才發下一個數據報的通訊方式
      • 同步是指兩個程序的運行是相關的, 其中一個線程在阻塞需要等待狀態, 那另一個線程才運行

      2.異步

      • 異步是指發送方發出數據后, 不等接收方發回響應, 接著就發下個數據報的通訊方式
      • 異步是指兩個線程毫無相關, 自己運行自己的

      3.例子

      同步

      ?你叫我去吃飯, 我聽到了就立即和你去吃飯, 如果沒有聽到, 你就不停的叫, 直到我告訴你聽到了, 才一起去吃飯

      ?打電話好比同步, 兩邊是同時進行不能再打給另一個人

      異步

      ?你叫我去吃飯, 然后自己去吃飯了, 我得到消息后可能立即走, 也可能過會兒走

      ?發消息好比異步, 和一個人發完消息就可能和另一個人發消息

      五.進程池

      1.什么是進程池?

      • 進程池是資源進程管理進程組成的技術的應用.

      2.為什么要有進程池?

      ??忙時會有成千上萬的任務需要被執行,閑時可能只有零星任務。

      ??那么在成千上萬個任務需要被執行的時候,我們就需要去創建成千上萬個進程么?

      ??首先,創建進程需要消耗時間,銷毀進程也需要消耗時間。

      ??第二即便開啟了成千上萬的進程,操作系統也不能讓他們同時執行,這樣反而會影響程序的效率。

      ??因此我們不能無限制的根據任務去開啟或者結束進程。那么我們要怎么做呢?

      3.進程池的概念

      • 定義一個池子,在里面放上固定數量的進程,有需求來了,就拿一個池中的進程來處理任務
      • 等到處理完畢,進程并不關閉,而是將進程再放回進程池中繼續等待任務
      • 如果有很多任務需要執行,池中的進程數量不夠,任務就要等待之前的進程執行任務完畢歸來,拿到空閑進程才能繼續執行。
      • 也就是說,進池中進程的數量是固定的,那么同一時間最多有固定數量的進程在運行
      • 這樣不會增加操作系統的調度難度,還節省了開關進程的時間,也一定程度上能夠實現并發效果。

      4.資源進程

      • 預先創建好的空閑進程,管理進程(好比池子)會把工作分發到空閑進程來處理。

      5.管理進程

      • 管理進程負責創建資源進程,把工作交給空閑資源進程處理,回收已經處理完工作的資源進程。

      資源進程與管理進程的交互

      管理進程如何有效的管理資源進程,分配任務給資源進程?

      通過IPC,信號,信號量,消息隊列,管道等進行交互。

      作者:Shawn派大星

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