第二章 进程与线程

2.1 进程

1. 进程模型
   • 计算机上所有可运行的软件被组织成进程
   • 多道程序设计即为CPU快速在多个进程之间切换
2. 创建进程
   • 创建
     • 系统初始化
     • 执行了正在运行的进程所调用的进程创建系统调用
     • 用户请求创建新线程
     • 一个批处理作业的初始化
   • 新线程的创建都是由于已存在的线程执行系统调用（fork）
3. 进程终止
   • 正常退出
   • 出错退出
   • 严重错误
   • 被其他进程杀死
4. 进程的层次结构
   • 所有进程的地位相似
   • 父进程得到句柄，可以控制子进程，也可以把句柄给其他进程
5. 进程的状态
   • 进程有自己的程序计数器和内部状态
     • 运行态
     • 就绪态
     • 阻塞态
6. 进程的实现
   • 为了实现线程模型，操作系统维持着一张表格（一个结构数组），即进程表，每个进程占其中一项
     • 程序计数器
     • 堆栈指针
     • 内存分配所打开文件的状态
     • 账号和调度信息
   • 中断（入口：中断向量）
     • 硬件储存旧堆栈程序处理器，加载新的
     • 汇编保存旧寄存器，设置新寄存器
     • C中断服务例程运行
     • 调度程序决定下一个进程
     • C返回
     • 汇编运行新进程
7. 多道程序设计模型

2.2 线程

1. 线程的使用
   • 优点
     • 线程的使用使多种应用发生的活动更简单效率
     • 线程比进程更轻量级
     • 提高性能
   • 有限状态机
2. 经典线程模型
   • 用某种方法把相关资源集中在一起
   • 进程拥有一个执行的线程：堆栈指针和程序计数器被切换就可以切换到新线程
     • 程序计数器
     • 寄存器
     • 堆栈
   • 一个进程中的多个线程共享地址空间和全局变量
   • 线程的状态
3. POSIX线程
4. 在用户空间中实现线程
   • 内核对线程一无所知，将其看作一个单线程进程
   • 优点
     • 用户线程包可以在不支持多线程的操作系统上实现
     • 允许每个进程制定自己的调度算法
   • 缺点
     • 发生故障后有可能影响到整个进程
5. 在内核中实现进程
   • 创建或撤销线程的代价比较大，一般采用线程回收
6. 混合实现
   • 使用内核级线程，然后将用户级线程与某些全部内核线程多路复用起来，非常灵活
7. 调度程序激活机制

2.3 进程间的通信

1. 竞争条件
   • 两个或多个进程读写某些共享数据，最后结果取决于运行的精确时序
2. 临界区
   • 互斥以某种手段确保一个进程在使用一个共享变量或文件时，另一个进程不能进行同样操作
   • 临界区：对共享内存进行访问的程序片段
   • 避免竞争条件
     • 任何两个进程不能同时处于临界区
     • 不应该对CPU的速度和数量做任何假设
     • 临界区外运行的进程不得阻塞其他进程