一、进程的基本概念
（一）对进程的描述
1、在操作系统中，进程是资源分配的基本单位，也是独立运行的基本单位。
2、进程是值一段正在执行的程序。
3、进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
4、在操作系统级别上，程序的执行都是以进程为单位的。
（二）进程的特征
1、动态性。
2、并发性。
3、独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，也是系统进行资源分配和调度的独立单位。
4、异步性。
5、结构特征：为了描述和记录进程的运动变化过程，并使之能正确运行，应为每个进程配置一个进程控制块（PCB）。PCB是为了保证程序的并发执行，创建进程实质上是创建进程的PCB；撤销进程，实质上是撤销进程的PCB。
（三） 进程的3中基本状态
1、就绪状态：进程已经获得了除了处理器之外的所有资源，一旦获得处理器，就可以立即执行，此时进程处于的状态为就绪状态。
2、执行状态（运行状态）：当一个进程获得必要的资源并正在CPU上执行时，该进程所处的状态为执行状态。
3、阻塞状态（等待状态）：正在执行的进程，由于发生某事件而暂时无法执行下去（如等待I/O完成），此时进程所处的状态为阻塞状态。当进程处于阻塞状态时，即使把处理器分配给该进程，它也无法运行。
（四） 进程状态的相互转换
1、就绪状态——>执行状态。当进程调度程序按照一定的进程调度算法选中一个就绪进程，并为之分配了处理器后，该进程便由就绪状态变为执行状态。
2、执行状态——>阻塞状态。请求并等待某个事件发生。如果正在执行的进程因发生某等待事件而无法执行，则进程由执行状态变为阻塞状态，例如进程提出I/O请求而变成等待外部设备传输信息的状态，进程申请资源（主存控件或外部设备）得不到满足时变成等待资源状态，进程执行中出现了故障（程序出错或主存储器读写错等）编程等待干预状态等。
3、阻塞状态——>就绪状态。进程因等待的某个条件发生而被唤醒。处于阻塞状态的进程，当其等待的事件已经发生，例如I/O完成，资源得到满足或错误处理完成时，处于阻塞状态的进行并不会马上转入执行状态，而是先转入就绪状态，然后再由系统进程调度程序在适当的时候将该进程转为执行状态。
4、执行状态——>就绪状态。正在执行的进程，因为时间片用完而被暂停执行，或在采用抢占式优先级调度算法的系统中，当由更高优先级的进程要执行而被迫让出处理器时，该进程便由执行状态变为就绪状态。
（五） 进行通信方式
1、共享存储器系统（共享内存）。
2、消息传递系统（消息队列）。
3、管道通信系统。
4、信号量。
二、 线程基本概念
（一）对线程的描述
1、线程是进程内的一个执行单元，比进程更小。
2、线程是进程内的一个可调度实体。
3、线程是程序（或进程）中相对独立的一个控制流序列
4、线程本身不能单独运行，只能包含在进程中，只能在进程中执行，每个进程通常都会有多个线程互不影响地并发执行。
5、线程是程序执行的最小单元，一个进程可以拥有多个线程，各个线程之间共享程序的内存空间（代码段、数据段和堆空间）及一些进程级资源（例如打开的文件），但是各个线程拥有自己的栈空间。
6、在引入线程的操作系统中，线程是独立调度的基本单位，进程是拥有资源的基本单位。
（二）Java中线程的4种状态
1、运行。
2、就绪。
3、挂起。
4、结束。
三、 进程与线程的比较
（一）进程和线程的关系
1、一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。
2、资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的资源。
3、处理机分配给线程，即真正在处理机上运行的是线程。
4、线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。线程值的是进程内的一个执行单元，也是进程内的可调度实体。
（二）进程和线程的相同点
1、二者都具有ID、一组寄存器、状态、优先级以及所以遵循的调度策略。
2、每个进程都有一个进程控制块，线程也拥有一个线程控制块。
3、线程和子进程共享父进程中的资源；线程和子进程独立于它们的父进程，竞争使用处理器资源；线程和子进程的创建者可以在线程和子进程上实行某些控制，例如创建者可以取消、挂起、继续和修改线程和子进程的优先级；线程和子进程可以改变其属性并创建新的资源。
（三）进程和线程的不同的
1、线程是进程的一部分，一个没有线程的进程可以被看作是单线程的，如果一个进程内拥有多个 线程，进程的执行过程不是一条线（线程）的，而是多条线（线程）共同完成的。
2、启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。
3、系统在运行的时候会为每一个进程分配不同的内存区域，但是不会为线程分配内存（线程所使用的资源是它所属的进程的资源），同一个进程内的线程可以共享进程的资源。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。
4、与进程的控制表PCB相似，线程也有自己的控制表TCB，但是TCB中所保存的线程状态比PCB表中少了很多。
5、进程是系统所有资源分配时候的一个基本单位，拥有一个完整的虚拟空间地址，并不依赖线程而独立存在。
（四） 多线程的优点
1、无须跨进程边界。
2、程序逻辑和控制方式简单。
3、所有线程可以直接共享内存和变量等。
4、线程方式消耗的总资源比进程方式少。
（五）多线程的缺点
1、每个线程与主程序共用地址空间，受限于2GB地址空间。
2、线程之间的同步和加锁控制比较麻烦。
3、一个线程的崩溃可能影响到整个程序的稳定性。
4、到达一定的线程数程度后，即使再增加CPU也无法提高性能。
5、线程能够提高的总性能有限，而且线程多了之后，线程本身的调度也很烦琐，需要消耗较多的CPU。
（六）多进程的优点
1、每个进程互相独立，不影响主程序的稳定性，子进程崩溃也没有关系；
2、通过增加CPU，就可以容易扩充性能。
3、可以尽量减少线程加锁/解锁的影响，即使线程运行的模块算法效率低，也可极大提高性能。
4、每个子进程都拥有2GB地址空间和相关资源，总体能够达到的性能上限非常大。
（七）多进程的缺点
1、逻辑控制复杂，需要和主程序交互。
2、需要跨进程边界，如果有大数据量传送，就不太适用，适合于小数据量传送、密集运算、多进程调度开销比较大。
3、最好是多进程和多线程结合，即根据实际需要，每个CPU开启一个子进程，这个子进程开启多线程可以为若干同类型的数据进行处理。当然也可以利用多线程+多进程+轮询方式来解决问题。
四、 调度
（一）进程调度方式
1、抢占方式（可剥夺方式）：当一个进程正在处理上执行时，若有某个优先级更高的进程进入就绪队列，则立即暂停正在执行的进程，将处理器分配给新进程。
2、非抢占方式（不可剥夺方式）：当一个进程正在处理器上执行时，即使某个优先级更高的进程进入就绪队列，仍然让正在执行的进程继续执行，知道该进程完成或因某种事件而进入完成或阻塞状态时，才把处理器分配给新进程。
（二）常见调度算法
1、先来先服务（FCFS）（作业调度、进程调度）
基本思想是按照进程进入就绪队列的先后次序来分配处理器。采用的是非抢占的调度方式。先来先服务调度算法有利于长进程（作业），不利于短进程（短作业）。
2、短作业（进程）优先（SJF）（作业调度、进程调度）
基本思想是把处理器分配给最快完成的作业（或进程）。在所有作业同时到达时，SJF调度算法是最佳算法，平均周转时间最短，但是该调度算法明显对长作业不利，当有很多短作业不断进入就绪队列时，长作业会因长期得不到调度而产生“饥饿”现象。
3、优先级（作业调度、进程调度）
基本思想是把处理器分配给优先级最高的进程。进程的优先级通常分为两种：静态优先级（指在创建进程时确定的，确定后在整个进程运行期间不再改变）和动态优先级。
基于优先级的调度算法还可以按照调度方式的不同分为：非抢占式优先级调度算法（实现思想是系统一旦将处理器分配给就绪队列中优先级最高的进程，该进程就会一直运行下去，知道由于自身原因主动让出处理器时，才将处理器分配给另一个当前优先级最高的进程）和抢占式优先级调度算法（实现思想是将处理器分配给优先级最高的进程，并使之运行。在进程运行过程中，一旦出现了另一个优先级更高的进程进入就绪队列，进程调度程序就停止当前的进程，而将处理器分配给新出现的优先级更高的进程）。
在优先级先沟通的情况下，通常按照FCFS或者SJF的顺序执行。
4、时间片轮转（进程调度）
在分时系统中，进程调度通常采用时间片轮转调度算法。系统将所有就绪进程按照到达时间的先后次序排成一个队列，进程调度程序总是选择队列中第一个进程执行，并规定执行一定时间，成为时间片。当该进程用完这一时间片时（即使进程并没有执行结束），系统将它送至就绪队列队尾，再把处理器分配给下一个就绪进程。这样，处于就绪队列中的进程就可以依次轮流获得一个时间片的处理时间，然后重新回到队尾排队等待执行，如此不断循环，直至完成。
在时间片轮转调度算法中，时间片的大小对系统性能的影响很大。如果时间片设置得太大，所有进程都能在一个时间片内执行完毕，那么该调度算法就退化为FCFS；如果时间片设置得太小，那么处理器将在进程之间频繁切换，处理器真正用于执行用户进程的时间将减少。因此时间片的大小应设置适当。
5、高响应比优先（作业调度）
基本思想是每次进行作业调度时，先计算就绪队列中每个作业的响应比，挑选响应比最高的作业投入运行。响应比的计算公式如下：
响应比 = 作业响应时间 / 估计运行时间，即
响应比 = （作业等待时间 + 估计运行时间） / 估计运行时间。
从公式可以看出，该算法有利于短作业（作业等待时间相同时，估计运行时间越短，响应比越高），同时考虑长作业（只要作业等待时间足够长，响应比就会变高）。该算法对于长短作业都有所考虑，但由于要计算每个后备作业的响应比，因此增加了系统开销。
6、多级队列（进程调度）
基本思想是根据进程的性质或类型，将就绪队列划分为若干个独立的队列，每个进程固定地属于一个队列。每个队列采用一种调度算法，不同的队列可以采用不同的调度算法。
7、多级反馈队列（进程调度）
首先，应设置多个就绪队列，并为每个队列赋予不同的优先级。第一个队列的优先级最高，第二个队列的优先级次之，其余队列的优先级逐次降低。
其次，每个队列中的进程执行时间片的大小也各不相同，进程所在队列的优先级越高，其相应的时间片就越短。通常，第(i+1)队列的时间片是第i队列时间片的两倍。
再次，当一个新进程进入系统是，应先将其放入第一个队列的队尾，按照FCFS的原则排队等待调度。当轮到该进程执行时，如能在此时间片完成，便可准备撤离系统；如果该进程在一个时间片结束时尚未完成，调度程序便将该进程转入第二个队列末尾，再同样按照FCFS原则等待调度执行；如果该进程在第二个队列中运行一个时间片后仍未完成，再以同样方法转入第三个队列。如此下去，最后一个队列中使用时间片轮转调度算法。
最后，仅当第一个队列空闲时，调度程序才调度第二个队列中的进程运行；仅当第一个至第（i-1）个队列均为空时，才会调度第i个队列中的进程运行。当处理器正在为第i个队列中的某进程服务时，若又有新进程进入优先级较高的队列中，则此时新进程将抢占正在运行进程的处理器，即由调度程序把正在执行的进程放回第i个队列末尾，并重新将处理器分配给新进程。