进程线程的概念

提起程序这个概念，大家再也熟悉不过了，程序与进程概念是不可分的。程序是为了完成某项任务编排的语句序列，它告诉计算机如何执行，因此程序是需要运行的。程序运行过程中需要占有计算机的各种资源才能运行下去。如果任一时刻，系统中只有一道程序，即单道程序系统，程序则在整个运行过程中独占计算机全部资源，整个程序运行的过程就非常简单了，管理起来也非常容易。就象整个一套房子住了一个人，他想看电视就看电视，想去卫生间就去卫生间，没人和他抢占资源。但为了提高资源利用率和系统处理能力，现代计算机系统都是多道程序系统，即多道程序并发执行。程序的并发执行带来了一些新的问题，如资源的共享与竞争，它会改变程序的执行速度。就象多个人同时住一套房子，当你想去卫生间的时候，如果此时卫生间里有人，你就得等待，影响了你的生活节奏。如果程序执行速度不当，就会导致程序的执行结果失去封闭性和可再现性，这是我们不希望看到的。因此应该采取措施来制约、控制各并发程序段的执行速度。由于程序是静态的，我们看到的程序是存储在存储介质上的，它无法反映出程序执行过程中的动态特性，而且程序在执行过程中是不断申请资源，程序作为共享资源的基本单位是不合适的，所以需要引入一个概念，它能描述程序的执行过程而且可以作为共享资源的基本单位，这个概念就是进程。

进程的生命周期

进程和人一样是有生命的，从诞生到死亡要经历若干个阶段。一般说来进程有三种状态：就绪、执行、等待。由多种原因可以导致创建一个进程，例如一个程序从外存调入内存开始执行，操作系统就要为其创建进程，当然还可以有其它原因，如一个应用进程为完成一个特殊的任务，可以自己创建一个子进程。进程被创建后就是在内存中，处于就绪状态，所谓就绪状态就是具备除了CPU之外的所有资源，万事具备，只欠东风，一旦占有

了CPU，就变成了执行状态，执行中如果需要等待外围设备输入数据，则进程就沦落为

等待状态，操作系统又会从就绪状态队列中调度一个进程占有CPU。等到数据到来后，

等待状态的进程又被唤醒成为就绪状态。这些状态的转换是通过进程控制原语实现的。程序的运行是通过进程体现的，操作系统对进程进行管理和控制，那么操作系统怎么了解到进程的状态呢，怎么把资源分配给进程呢，而且进程做状态转换时CPU现场保存在那呢？这要说到PCB（进程控制快）。PCB是进程的唯一标志，在其中记录了进程的全部信息，它是一种记录型的数据结构，相当于进程的档案。操作系统就通过PCB感知进程的存在，通过PCB了解进程和控制进程的运行。PCB也是放在内存中的，如果PCB太大，有些系

统把PCB中一些不重要的信息放在外存中。

进程执行速度的制约

并发进程由于共享系统内部资源，因此导致进程执行速度上的制约，这种制约分为：间接制约与直接制约。间接制约引起进程之间的互斥执行，直接制约引起进程间的同步执行。例如一个家里如果只有一个卫生间，卫生间这个公有资源使得每个人只能互斥使用它，这就是间接制约。而直接制约是指并发进程各自执行的结果互为对方的执行条件，例如司机与售票员的关系，当司机到站停车后，售票员才能开门，而只有售票员关门后，司机才

能开车，他们之间是同步的。进程的互斥与同步可以很好的通过信号量和PV原语来实现。通过读一些同步与互斥的例子，你会体会到PV原语的精妙，也会感到一种乐趣。并发进

程的资源竞争不当还会导致死锁现象。

从单进程单线程到多进程多线程是操作系统发展的一种必然趋势，当年的DOS系统

属于单任务操作系统，最优秀的程序员也只能通过驻留内存的方式实现所谓的"多任务"，

而如今的Win32操作系统却可以一边听音乐，一边编程，一边打印文档。

理解多线程及其同步、互斥等通信方式是理解现代操作系统的关键一环，当我们精通了Win32多线程程序设计后，理解和学习其它操作系统的多任务控制也非常容易。许多

程序员从来没有学习过嵌入式系统领域著名的操作系统VxWorks，但是立马就能在上面

做开发，大概要归功于平时在Win32多线程上下的功夫。

因此，学习Win32多线程不仅对理解Win32本身有重要意义，而且对学习和领会其

它操作系统也有触类旁通的作用。

进程与线程

先阐述一下进程和线程的概念和区别，这是一个许多大学老师也讲不清楚的问题。

进程（Process）是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，

是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。程序只是一组指令的有序集合，它本身没有任何运行的含义，只是一个静态实体。而进程则不同，它是程序在某个数据集上的执行，是一个动态实体。它因创建而产生，因调度而运行，因等待资源或事件而被处于等待状态，因完成任务而被撤消，反映了一个程序在一定的数据集上运行的全部动态过程。

线程（Thread）是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位。线程不能够独

立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

线程和进程的关系是：线程是属于进程的，线程运行在进程空间内，同一进程所产生的线程共享同一内存空间，当进程退出时该进程所产生的线程都会被强制退出并清除。线程可与属于同一进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源，但是其本身基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的信息(如程序计数器、一组寄存器和栈)。

根据进程与线程的设置，操作系统大致分为如下类型：

（1）单进程、单线程，MS-DOS大致是这种操作系统；

（2）多进程、单线程，多数UNIX（及类UNIX的LINUX）是这种操作系统；

（3）多进程、多线程，Win32（Windows NT/2000/XP等）、Solaris 2.x和OS/2都是

这种操作系统；

（4）单进程、多线程，VxWorks是这种操作系统。

在操作系统中引入线程带来的主要好处是：

（1）在进程内创建、终止线程比创建、终止进程要快；

（2）同一进程内的线程间切换比进程间的切换要快，尤其是用户级线程间的切换。另外，线程的出现还因为以下几个原因：

（1）并发程序的并发执行，在多处理环境下更为有效。一个并发程序可以建立一个进程,而这个并发程序中的若干并发程序段就可以分别建立若干线程,使这些线程在不同的处理机上执行。

（2）每个进程具有独立的地址空间，而该进程内的所有线程共享该地址空间。这样可以解决父子进程模型中，子进程必须复制父进程地址空间的问题。

（3）线程对解决客户/服务器模型非常有效。

进程是计算机进行资源分配和独立运行的基本单位。

3.1 进程的引入

引入进程是为了使多道程序并发执行。

1.程序的顺序执行

一个程序通常由若干个程序段所组成，它们必须按照某种先后次序来执行，仅当前一个操作执行完后才能执行后继操作，这类计算过程就是程序的顺序执行过程。

例如：先输入→再计算→最后输出，即：I→C →P。

程序顺序执行时的特征

顺序性：处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行，即每一个操作必须在下一个操作开始之前结束。

封闭性：程序一旦开始运行，其执行结果不受外界因素影响。

可再现性：只要程序执行时的初始条件和执行环境相同，当程序重复执行时，都将获得相同的结果。

2.程序的并发执行