3、进程线程及其管理

进程线程及其管理

1、 进程和线程的区别

进程是cpu资源分配的最小单位，线程是cpu调度的最小单位。

进程：

• 正在运行的程序，是系统进行资源分配和调用的最小单元
• 每一个进程需要掌握内存、处理器、打开的文件等内存空间和系统资源
• 进程是被内核创造和管理的
• 进程的复制（fork）代价高

线程：

• 是进程中的单个顺序控制流，是一条执行路径
• 线程关注的是中央处理器的运行，而不是内存等资源的管理
• 一个进程根据线程的数量可以分为单线程程序和多线程程序
• 多个线程共享进程的资源
• 线程有自己的堆栈、程序计数器、局部变量(在运行中必不可少的资源)，但线程之间没有单独的地址空间（地址空间是系统给进程分配的虚拟内存。线程栈是线程自己独有的，其余是共享的，他们都在虚拟内存里），一个线程死掉就等于整个进程死掉。
• 创建线程只需要堆栈、程序计数器、局部变量这些资源，相对进程高效很多

举例：

• 打开QQ，打开一个进程，在这个进程中，传输文字需要执行一个线程，传输语音需要执行一个线程

多进程的意义：

• 保证计算机能在一个时间段执行多个任务，如听音乐，逛淘宝
• 提高CPU的利用率，CPU是在不同进程间高效切换，但是人感觉不出来，认为是同时进行

多线程的意义：

• 减少了进行的频繁切换，线程调度小，节约资源
• 帮助进程抢占资源，提高了应用程序的利用率
• 对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。

2、并发与并行

参考：https://blog.csdn.net/wm_1991/article/details/50257269

• 并发是逻辑上的同时发生，是在一段时间内运行多个程序，但是CPU的高效切换，人感觉不出来，认为是同时发生。并发的关键是你有处理多个任务的能力，不一定要同时。
• 并行是物理上的同时发生，是在一个时间点运行多个程序，是真正的同时发生，如多个人同时访问同一台服务器。并行的关键是你有同时处理多个任务的能力。
• 并行计算与分布式计算都是运用并行来获得更高性能，化大任务为小任务。简单说来，如果处理单元共享内存，就称为并行计算，反之就是分布式计算。也有人认为分布式计算是并行计算的一种特例。

3、一些定义

地址空间

分配给一些程序、文件等的内存空间，进程有被分配内存空间，同一个进程下的线程共享这些内存，进程是分配资源，线程是执行命令

程序计数器

当前正在执行的程序指令在存储器中的地址（位置）

寄存器

• 为了配合CPU的快速存储空间
• 指令在执行前被加载到寄存器中
• 与主存储器分开

堆

• 按需分配给程序的内存区域
• 对于整数，即固定大小的变量
• 在java中，new的对象在堆中，复杂的动态变量，不连续，大小未知
• 是大家共有的空间，分全局堆和局部堆。全局堆就是所有没有分配的空间，局部堆就是用户分配的空间。

栈

• 按需分配给程序的内存区域
• 是个线程独有的，保存其运行状态和局部自动变量的
• 存放像整型等尺寸固定的变量

进程线程及堆栈关系的总结

https://blog.csdn.net/echoisland/article/details/6403763

4、一个进程的运行

• 是有一系列的指令
• 指令被放到寄存器中
• 相应的数据值也被放在寄存器中
• 当程序执行完毕，结果被保存在主存中

5、一个进程需要追踪哪些资源

• 地址空间：有多少内存被分配给该进程
• 程序计数器：当前指令的地址
• 打开的文件
• 寄存器
• 栈：变量被存在哪
• 状态：运行、等待还是其他
• 全局变量：整个运行程序可见的

6、父进程和子进程

参考：https://wuguiyunwei.com/index.php/2017/06/18/979.html

• 在UNIX里，除了进程0（即PID=0的交换进程，Swapper Process）以外的所有进程都是由其他进程使用系统调用fork创建的，这里调用fork创建新进程的进程即为父进程，而相对应的为其创建出的进程则为子进程，因而除了进程0以外的进程都只有一个父进程，但一个进程可以有多个子进程。

• 操作系统内核以进程标识符（Process Identifier，即PID）来识别进程。进程0是系统引导时创建的一个特殊进程，在其调用fork创建出一个子进程（即PID=1的进程1，又称init）后，进程0就转为交换进程（有时也被称为空闲进程），而进程1（init进程）就是系统里其他所有进程的祖先。

• 子进程会复制父进程的内存分配、注册状态、打开文件等，子进程是父进程的精准的赋值，但是IDs不同

7、进程状态

• 0 - 在处理器上运行
• S - 睡眠（等待事件完成）
• R - 可运行（进程在运行队列中）
• Z - 僵尸进程

8、守护进程

• 守护程序是处于休眠状态的进程，直到特定服务需要它们为止
• 通常，他们的名字以'd'结尾
• 示例是：打印机守护程序，邮件守护程序

9、操作进程

• Windows：任务管理器
• ps： 显示进程
• top：性能分析工具，能够实时显示系统中各个进程的资源占用状况，类似于Windows的任务管理器。
  q：退出程序。 
  k： 终止一个进程。系统将提示用户输入需要终止的进程PID，以及需要发送给该进程什么样的信号。一般的终止进程可以使用15信号；如果不能正常结束那就使用信号9强制结束该进程。默认值是信号15。在安全模式中此命令被屏蔽。
  u：（返回）后跟一个用户名（返回），以查看属于该用户的进程
• nice -10 perl myProg.pl：nice将以较低的优先级运行一个程序，这样它就不会阻塞CPU，范围为-20-20，-20是最高的优先级，但是你不允许设置小于0的优先级（除非你是root用户）
• kill （ kill -15 25718 ）：杀死进程，其中-15是信号编号表示“彻底停止该过程”（即退出正在使用的所有文件）https://www.cnblogs.com/Juvenile/p/7871796.html
• top和kill都能杀死进行
• 任务计划：at、batch、corn
  at：at [OPTION]... TIME 在未来某一时刻一次性执行某任务。
  batch：而是在系统空闲时自动执行指定的任务。
  corn：周期性任务计划

10、信号

• 信号是用于控制进程的UNIX机制
• 信号是需要进程立即关注的消息（进程使用信号来管理进程）
• 每一个信号都有默认相关联的指令
• 信号由异常产生： 
  企图使用非法指令
  用户按下中断键
  子进程调用退出或异常终止

信号名	数字号	含义
SIGINT	2	进程中断，与快捷键Ctrl-C等效
SIGTRAP	5	跟踪陷阱（主要在调试器中使用）
SIGKILL	9	杀死（由kill命令生成）
SIGBUS	10	总线错误（无效的内存引用）
SIGSEGV	11	细分违规
SIGTERM	15	软件终止信号（默认终止信号）

快捷键控制进程

快捷键	数字号	含义
Cntrl C	2	进程中断
Cntrl S	19	暂停显示输出
Cntrl Q	18	从Ctrl S恢复或继续输出
Cntrl Z	20	暂停进程

11、处理信号

• 如果未捕获某些信号，或者忽略了它们，则会生成核心映像转储
  例如：细分违规核心已转储
  造成：当进程尝试在其内存映射之外读取时引起
• 程序中可能捕获许多信号。 程序员然后可以：
  忽略信号 执行默认操作 执行程序指定功能
• Debuggers：调试器是特殊的工具，可以捕获信号，以便程序员可以查看为什么程序可能出错