对于程序员来说操作系统的进程与线程而言是熟悉的，但对于其工作原理是否有足够的了解呢。今天拜读了一篇关于操作系统中进程与线程的文档后，想要谈谈自己的理解，在此分享给大家，希望对大家有所帮助。
1.进程
1.1 进程的概念
在日常的工作中，我们编写的代码知识存储在硬盘的静态文件，通过编译后就会生成二进制可执行文件。当我们运行这个可执行文件后，它就会被装载在内存中，接着CPU会执行程序中的每一条指令，那么这个运行中的程序，就被称为进程。简单得来说，我们可以将运行中的程序，称为进程。
当我们运行读取文件的指令去硬盘去读取数据，考虑到硬盘的读写速度是非常慢的，那么这个时候，如果CPU不停等着从硬盘返回的数据，那么CPU的利用率是非常低的。
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举个生活中的小例子，我们在用热水器烧水时，我们不会静静的等待水开。我们可以在水开前做其他的事，当水烧开时会有温度的显示并会有"滴滴滴"的声音，这时我们就可以将烧开的水放入容器中。
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类似的，进程也是如此。当进程读取硬盘上的文件时，CPU不需要阻塞等待从硬盘上返回的数据，可以去执行其他的进程。当读取完硬盘上的数据时，CPU会接收一个中断，于是CPU再去运行这个进程。
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CPU管理多个进程的的初步思想就是这种多个程序、交替进行执行的思想。
1.2 并法与并行的区别
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对于一个多进程的系统，CPU能从一个进程快速切换另一个进程，期间每个进程只运行几十毫秒到几百毫秒。
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对于一个单核的CPU在某一个瞬间，只能运行一个进程。但假如在一秒的时间中，它可能会运行多个进程。给你的感觉是在并行，但其实这是在并发执行。
| 并发与并行的区别 |
|---|
| 解释一：并行是指两个或多个事件在同一个时刻发生；而并发是指两个或者多个事物在同一时间间隔发生。 |
| 解释二：并行是在不同的实体上的多个事件，并发是在同一个实体上的多个事件 |
利用图像更直观的说明并发与并行之间的区别。
1.3 进程的状态变迁
- 到了晚饭时间，一对小情侣肚子都咕咕叫了，于是男生见机行事，就想给女生做晚饭，所以他就在网上找了辣子鸡的菜谱，接着买了一些鸡肉、辣椒、香料等材料，然后边看边学边做这道菜。突然，女生说她想喝可乐，那么男生只好把做菜的事情暂停一下，并在手机菜谱标记做到哪一个步骤，把状态信息记录了下来。然后男生听从女生的指令，跑去下楼买了一瓶冰可乐后，又回到厨房继续做菜。
- 这就体现了CPU可以从一个进程（做菜）切换到另外一个进程（买冰可乐），但在切换前需要记录下当前进程中运行的状态信息，以便下次切换回来还可以恢复执行。
- 这样我们发现进程有【运行】–【暂停】–【运行】的状态。
而实际上一个进程的状态有很多种，下表列出了进程间的各个状态。
| 进程的各个状态 | 含义 |
|---|---|
| 运行状态 | 该时刻占用了CPU |
| 就绪状态 | 可运行，但因为其他进程正在运行而暂停停止 |
| 阻塞状态 | 该进程正在等待某一事情的发生而暂停运行，这时即使CPU给其执行权，它也无法进行执行 |
| 创建状态 | 进程正在被创建时的状态 |
| 结束状态 | 进程从系统中消失时的状态 |
下图说明进程间各个状态之间的转换：
| 解释上图中进程的状态变迁 |
|---|
| Null->创建状态：一个新进程被创建时的第一个状态 |
| 创建状态->就绪状态：当进程被创建完成进行初始化后，一切就绪准备正常运行时就会变为就绪状态 |
| 就绪状态->运行状态：处于就绪状态的进程被调度，分配给CPU被执行，正常运行此进程 |
| 运行状态->结束状态：当进程已经被运行结束时，会被操作系统结束状态处理 |
| 运行状态->就绪状态：处于运行中的进程正在被运行时，由于分配给它的时间片已经用完，这时操作系统会将它置为就绪状态，接着就绪状态进行选中一个进程进行执行 |
| 运行状态->阻塞状态：当进程请求某个事情必须等待时 |
| 阻塞状态->就绪状态：当进程要等待的事情完成时，阻塞状态会变为就绪状态 |
2.线程
在早期的计算机操作系统中，都是以进程作为独立运行的基本的单位，直到后面，计算机科学家提出了线程。
2.1 为什么要使用线程
我们举个简单的例子，我们要编写一个关于视频播放器软件，那么设计这个视频播放器软件的模块可以分为三个模块：
- 1.从视频文件中读取数据
- 2.对读取出的数据进行解压缩
- 3.将解压缩的文件数据进行播放
对于单进程的实现我们可以简单的进行这样的实现：
对于单线程这种方式，对存在这样一些问题：
- 首先在单线程运行过程中，读取文件是一个非常耗时的操作，进程可能在Read()部分执行的时间比较长。这样会导致要等待Read()部分执行完毕时，才能进行解压缩文件数据与播放视频文件的操作，大大得降低了用户的体验感。
- 其次各个函数之间不是并发执行的，会影响资源的使用的效率。
按照这种思路，我们联想到使用多进程的方式
对于多进程的方式，又会存在一些问题：
- 1.进程之间如何进行通信，进行共享数据呢？
- 2.维护进程的系统开销比较大。
那到底该如何解决呢，需要有一种新的实体，满足以下这些特性：
- 1.实体之间可以并发运行
- 2.实体之间共享相同的地址空间
这个新的实体就是线程，线程之间可以并发运行且享有相同的地址空间。
2.2 什么是线程
线程是进程中的一条操作流程。
- 注意：同一个进程中内多个线程之间是可以共享代码段，数据段，以及打开的文件资源等，但每一个线程都有一套独立的寄存器和栈，这样可以确保线程的控制流是相对独立的。
多线程的优点有：
- 1.一个进程中可以同时存在多个线程；
- 2.各个进程之间可以并发执行；
- 3.各个进程之间可以共享地址空间与文件等资源。
多线程的缺点：
- 当进程中的一个线程崩溃时，会导致所属进程的其他所有线程崩溃。
3.进程与线程的比较
最后将进程与线程的比较列出如下表：
| 进程与线程的比较 |
|---|
| 1.进程是资源分配的单位，线程是CPU调度的单位 |
| 2.进程拥有一个完整的资源平台，而线程只独享必不可少的资源，如寄存器与栈 |
| 3.进程同样具有就绪、运行与阻塞三种基本的状态，同样具有状态之间的转换关系 |
| 4.线程能减少并发执行的时间与空间开销 |
总结
以上就是自己对操作系统中进程与线程的简单认识，希望能对大家有所帮助。小弟又要去搬砖了，下次见。
