进程线程

进程、线程、协程

一、概念与区分

1、进程

• 进程是程序一次动态执行的过程，是程序运行的基本单位。
• 每个进程都有自己的独立内存空间，不同进程通过进程间通信来通信。
• 进程占据独立的内存，所以上下文进程间的切换开销（栈、寄存器、页表、文件句柄等）比较大，但相对比较稳定安全。协程切换和协程切换

2、线程

• 线程又叫做轻量级进程，是CPU调度的最小单位。
• 线程从属于进程，是程序的实际执行者。一个进程至少包含一个主线程，也可以有更多的子线程。
• 多个线程共享所属进程的资源，同时线程也拥有自己的专属资源。
• 程间通信主要通过共享内存，上下文切换很快，资源开销较少，但相比进程不够稳定容易丢失数据。

3、协程

• 协程是一种用户态的轻量级线程，协程的调度完全由用户控制。
• 一个线程可以拥有多个协程，协程不是被操作系统内核所管理，而完全是由程序所控制。
• 与其让操作系统调度，不如我自己来，这就是协程。

通信方式

线程间通信（3种） | 互斥量（锁） | 只有拥有互斥量的线程才能执行任务 | | | 信号量（PV） | 信号量是一个计数器 | | | 事件 | 事件机制，允许一个线程在处理完一个任务后，主动唤醒另外一个线程执行任务。 |

线程的生命周期

• 创建：线程从创建到被cpu执行之前的这个阶段。
• 就绪：指线程已具备各种执行条件，一旦获取cpu便可执行。
• 运行：表示线程正获得cpu在运行。
• 阻塞：指线程在执行中因某件事而受阻，处于暂停执行的状态，阻塞的线程不会去竞争cpu。
• 终止：线程执行完毕，接下来会释放线程占用的资源。

进程调度算法

一、先到先服务

先来先去服务调度算法是一种最简单的调度算法，也称为先进先出或严格排队方案。当每个进程就绪后，它加入就绪队列。当前正运行的进程停止执行，选择在就绪队列中存在时间最长的进程运行。该算法既可以用于作业调度，也可以用于进程调度。

二、最短进程优先

最短进程优先是一个非抢占策略，他的原则是下一次选择预计处理时间最短的进程，因此短进程将会越过长作业，跳至队列头。该算法即可用于作业调度，也可用于进程调度。但是他对长作业不利，不能保证紧迫性作业（进程）被及时处理，作业的长短只是被估算出来的。

三、时间片轮转法

轮转法是基于适中的抢占策略的，以一个周期性间隔产生时钟中断，当中断发生后，当前正在运行的进程被置于就绪队列中，然后基于先来先去服务策略选择下一个就绪作业的运行。这种技术也称为时间片，因为每个进程再被抢占之前都给定一片时间。

四、优先级调度

在进程等待队列中选择优先级最高的来执行

五、多级反馈队列调度算法

多级反馈队列算法，不必事先知道各种进程所需要执行的时间，他是当前被公认的一种较好的进程调度算法。其实施过程如下：

1)设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。在优先权越高的队列中，为每个进程所规定的执行时间片就越小。

2)当一个新进程进入内存后，首先放入第一队列的末尾，按照先到先服务原则排队等候调度。如果他能在一个时间片中完成，便可撤离；如果未完成，就转入第二队列的末尾，同样等待调度…..如此下去，当一个长作业（进程）从第一队列依次将到第n队列（最后队列）后，便按第n队列时间片轮转运行。

3)仅当第一队列空闲的时候，调度程序才调度第二队列中的进程运行；仅当第1到（i-1）队列空时，才会调度第i队列中的进程运行，并执行相应的时间片轮转。

4)如果处理机正在处理第i队列中某进程，又有新进程进入优先权较高的队列，则此新队列抢占正在运行的处理机，并把正在运行的进程放在第i队列的队尾。

死锁

死锁产生的条件

1 互斥条件
指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。

2 请求和保持条件
进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他进程占有，此时请求进程堵塞，但又对自己已获得的其他资源保持不放。

3 不剥夺条件
指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。

4 环路等待条件
指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。

破坏死锁的方法

1 破坏互斥条件

方法： 如果允许系统资源都能共享使用，则系统不会进入死锁状态。

缺点： 有些资源根本不能同时访问，如打印机等临界资源只能互斥使用。所以，破坏互斥条件而预防死锁的方法不太可行，而且在有的场合应该保护这种互斥性。

2 破坏请求并保持条件

方法： 釆用预先静态分配方法，即进程在运行前一次申请完它所需要的全部资源，在它的资源未满足前，不把它投入运行。一旦投入运行后，这些资源就一直归它所有，也不再提出其他资源请求，这样就可以保证系统不会发生死锁。

缺点： 系统资源被严重浪费，其中有些资源可能仅在运行初期或运行快结束时才使用，甚至根本不使用。而且还会导致“饥饿”现象，当由于个别资源长期被其他进程占用时，将致使等待该资源的进程迟迟不能开始运行。

3 破坏不可剥夺条件

方法： 当一个已保持了某些不可剥夺资源的进程，请求新的资源而得不到满足时，它必须释放已经保持的所有资源，待以后需要时再重新申请。这意味着，一个进程已占有的资源会被暂时释放，或者说是被剥夺了，或从而破坏了不可剥夺条件。

缺点：该策略实现起来比较复杂，释放已获得的资源可能造成前一阶段工作的失效，反复地申请和释放资源会增加系统开销，降低系统吞吐量。这种方法常用于状态易于保存和恢复的资源，如CPU的寄存器及内存资源，一般不能用于打印机之类的资源。

4 破坏循环等待条件

方法： 为了破坏循环等待条件，可釆用顺序资源分配法。首先给系统中的资源编号，规定每个进程，必须按编号递增的顺序请求资源，同类资源一次申请完。也就是说，只要进程提出申请分配资源Ri，则该进程在以后的资源申请中，只能申请编号大于Ri的资源。

缺点： 这种方法存在的问题是，编号必须相对稳定，这就限制了新类型设备的增加；尽管在为资源编号时已考虑到大多数作业实际使用这些资源的顺序，但也经常会发生作业使用资源的顺序与系统规定顺序不同的情况，造成资源的浪费；此外，这种按规定次序申请资源的方法，也必然会给用户的编程带来麻烦。