- 进程基本概念；
- 进程状态及状态转换；
- 进程控制块的作用和内容；
- 进程控制操作；
- 进程地址空间与进程映像；
- 为什么引入线程？线程的应用场景；
- Web服务器的实现；
- 线程概念、线程与进程的区别；
- 线程实现的三种方式；
- Pthreads线程库及应用；
- 几个重要的概念：原语、可再入程序。
进程的基本概念
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| 多道程序设计 : 允许多个程序同时进入内存并运行， 提高系统效率
并发环境和并发程序 :
并发环境： 一段时间间隔内， 一个处理器上有 多个程序 处于开始允许但尚未结束的状态
并发程序： 在并发环境中的程序
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| 具有独立功能的程序 关于 某个数据集合上的一次运行活动， 系统资源分配和调度的独立单位 （又称 任务）
程序的一次支持过程
正在运行程序的抽象
并发，抽象为一个CPU变成多个CPU
系统资源分配单位，内存，文件。。。独立地址空间
操作系统将 CPU 调度给需要的 进程
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进程控制块 PCB （又称 进程描述符，进程属性）
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| 操作系统 控制和管理进程的数据结构 （保存了操作系统管理进程需要的信息）
记录进程的各种属性，描述进程的动态变化过程
是操作系统感知进程存在的唯一标志 (一个进程一个PCB)
进程表： 所有进程的PCB集合 (操作系统最多有多少个进程是固定的）
PCB包含信息
进程的描述信息
进程的控制信息
进程所拥有的资源和使用情况
CPU现场信息
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| 进程描述信息：
进程标识符（process ID）， 唯一标识，整数
进程名， 通常是可执行文件名，不唯一
用户标识符 （创建进程的用户信息）
进程组关系 （父子进程等）
进程控制信息：
当前状态
优先级
代码执行入口地址
程序的磁盘地址
运行的统计信息（执行时间, 页面调度）
进程间同步和通信
进程的队列指针
进程的消息队列指针
所拥有的资源和使用情况：
虚拟地址空间的状况
打开文件的列表
CPU现场信息： （进程不运行时，操作系统保存的硬件执行状态）
寄存器值（通用寄存器，程序计数器PC，程序状态字PSW， 栈指针）
指向该进程页表的指针
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进程状态及状态转换
三种基本状态
- 运行态 : 占有CPU, 在CPU上执行
- 就绪态 : 具备运行条件，但是没有空闲CPU，暂时不能执行
- 等待态 : 因等待某个时间而暂时不能运行(如：等待读盘) - 又称为阻塞态，封锁态，睡眠态
三状态模型
其他状态
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| 创建态：
已经完成进程创建的必要工作： 分配PID，填写PCB
但尚未同意执行该进程（如资源不足）
终止态：
终止执行后，完成一些数据统计工作，资源回收工作
挂起态：
用于调节负载 （CPU忙不过来）
进程不占用内存空间， 其进程映像交换到磁盘上
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五状态模型
七状态模型
linux状态转换示意图
进程队列
按进程所处状态不同对进程进行管理
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| 为每一类进程建立一个或多个队列 (如处于等待态， 按等待事件不同分多个队列）
队列元素为 PCB
伴随进程状态的改变，PCB从一个队列进入另一个队列
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进程控制
完成进程各状态之间的转换
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| 由特定功能的原语实现： （原语： 原子操作，执行的程序不可分割，不可中断）
进程创建原语
进程撤销
进程阻塞，唤醒，挂起，激活
改变优先级
。。。
进程创建原语：
给新进程分配 唯一标识PID， 以及 进程控制块PCB
为进程分配 地址空间
初始化进程控制块 (设置默认值)
设置相应的队列指针 （插入进程队列，如就绪队列）
进程撤销原语： (结束进程）
收回进程所占有的资源 （关闭打开的文件，端口网络连接，回收分配的内存。。。）
撤销该进程的PCB
进程阻塞：
处于运行状态的进程，运行过程中期待某一事件发生而未发生时，进程自己执行阻塞原语，有运行态进入阻塞态
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Unix常用进程控制操作 （都是系统调用）
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| fork(): 通过 复制调用进程 来创建新的进程， 进程建立进程
exec(): 包括一系列系统调用，通过用新的程序代码覆盖原来的地址空间，实现进程执行代码的转换
wait(): 初级进程同步操作， 一个进程等待另一个进程结束
exit(): 终止一个进程的运行
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一些进程的概念
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| 进程不同角度的分类：
系统进程 和 用户进程
前台进程 和 后台进程
CPU密集型进程 和 I/O密集型进程
进程的层次结构：
UNIX： init为根
Windows： 地位相等
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进程地址空间
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| 操作系统为 每个进程 分配 独立的相对进程地址空间
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进程映像
对进程执行活动全过程的静态描述
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| 由 进程地址空间内容，硬件寄存器内容， 该进程相关的内核数据结构，内核栈 组成
用户相关： 进程地址空间（ 代码段，数据段，堆栈，共享库）
寄存器相关： 程序计数器，指令寄存器，程序状态寄存器，栈指针，通用寄存器 等的值
内核相关：
静态： PCB 及 各种资源数据结构
动态： 内核栈 （不同进程在进入内核后使用不同的内核栈）
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上下文 （context）
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| 将CPU硬件状态从一个进程换到另外一个进程的 过程称为 上下文切换
进程运行时： 硬件状态保存在CPU的寄存器中
进程不运行时： 这些寄存器的值保存在 进程控制块PCB中
操作系统运行新的进程时： 将PCB相关的值送到对应的寄存器中
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线程
为什么在进程中引入线程
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| 应用的需要 - 一个应用一个进程，但同时需要多个任务完成
开销的考虑 - 线程开销小，线程切换花费时间少， 线程之间共享内存和文件
性能的考虑
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线程的基本概念
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| 进程： 资源的拥有者
线程： CPU调度单位 (有了线程后继承了进程的基本属性）
在同一进程中增加了多个执行序列（线程）
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线程的属性
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| 标识符ID
状态及状态转换
不运行时需要保存的上下文(寄存器值）
有自己的栈和栈指针
共享进程的地址空间和相关资源
可以创建, 撤销 另外一个线程
程序开始以 一个单线程进程 运行
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线程机制的实现
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| 用户级线程
核心级线程
混合 - 以上两种方法结合
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用户级线程
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| 实现：
在用户空间 建立 线程库 ： 提供一组管理线程的过程
是运行时系统： 完成线程的管理工作（操作，线程表）
内核管理的还是进程，不知道线程的存在
线程切换不需要 内核态特权
UNIX - 一般就是用户级线程
例子:
POSIX线程库 -- PTHREAD
POSIX：多线程编程接口， 以线程库方式提供给用户
优点：
线程切换快
调度算法是应用程序特定的
用户级线程可运行在任何操作系统上 （只需要实现线程库）
缺点：
内核只将处理器分配给进程， 同一进程的两个线程不能同时运行在两个处理器上
大多数系统调用是阻塞的，因此，由于内核阻塞进程，进程中所有线程也被阻塞
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核心级线程
彻底改造操作系统
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| 内核进行所有线程的管理， 向应用程序提供API接口
内核维护进程和线程的上下文
线程的切换需要内核支持
以线程为基础进行调度
例子： Windows
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混合模型
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| 线程的创建在 用户空间 （用线程库完成）
线程调度等在 核心态完成
实现： 多个用户级线程 多路复用 多个内核级线程
例子： Solaris 操作系统
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总结
进程
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| 并发性： 任何进程可以与其他进程 一起向前推荐
动态性： 动态产生，动态消亡。 在生命周期内在三种基本状态之间转换
独立性： 资源分配 的独立单位
交互性： 进程在执行过程中 与 其他进程产生直接或间接的关系
异步性： 每个进程以其 相对独立，不可预知的速度 向前推进
进程映像： 程序 + 数据 + 栈（用户栈，内核栈）+ PCB
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线程
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| 多线程的应用场景
线程基本概念，属性
线程的实现机制
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可再入程序 (可重入程序) 的概念
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| 指的是可以被多个 进程同时调用的程序，因此对这个程序有限制。
具有固定性质：
它是纯代码的， 在执行过程中这个代码不会改变。
那么如果有改变，就需要调用它的进程提供不同的数据区。改变的内容放在数据区，而代码部分是不再改变的。
那么可再入程序实际上是我们大部分 进程和线程都必须是可再入程序才能去运行
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