- 操作系统会在任何时候暂停或继续一个程序的运行
| 程序A:a,c->a.exe | 程序B:b,c->b.exe |
|---|---|
| 1)... | 1)... |
| 2)i=100; | 2)i=200; |
| 3)... | 3)... |
| 4)printf("A:i=%d,"i) | 4)printf("B:i=%d,"i) |
i为全局变量，A,B并发运行后：i的值不确定且不能重复
-
程序运行在并发环境中可能存在的问题
运行过程不确定
结果不可再现（程序运行被干扰)
需要对运行过程施加相互制约（进程） -
进程定义
描述和管理程序的运行过程
进程是程序在某个数据集合上的一次运行活动，数据集合指软/硬件环境，在这个环境中多个进程可共存。
任务管理器
-
进程的特征
动态性：进程是程序一次执行过程，动态产生，动态消亡
并发性：进程同其他进程一起向前推进
异步性：进程按各自速度向前推进
独立性：进程是系统分配资源和调度CPU的单位（线程） -
进程与程序的区别
动态与静态：进程是动态的（程序一次执行过程），程序是静态的（一组指令的有序集合）
暂存与长存：进程是暂存的（在内存驻留），程序是长存的（在介质上长期保存）
程序和进程的对应：一个程序可能有多个进程 -
进程的类型
按使用资源权限：系统进程（系统内核相关的进程），用户进程（运行于用户态的进程）
按对CPU的依赖性：偏CPU进程（计算型进程），偏I/O进程（侧重I/O的进程） -
进程的状态
| 名称 | 状态 |
|---|---|
| 运行状态（Running） | 进程已经占有CPU，在CPU上运行 |
| 就绪状态（Ready） | 具备运行条件但由于无CPU，暂时不能运行 |
| 阻塞状态（Block）或等待状态（Wait） | 因为等待某项服务完成或信号而不能运行的状态，如等待：系统调用，I/O操作，合作进程信号 |
-
进程状态的变迁
进程的状态可根据一定条件相互转化
| 状态转变 | 原因 |
|---|---|
| 就绪->运行 | 进程调度 |
| 运行->就绪 | 时间片耗尽，被抢占 |
| 运行->阻塞 | 请求服务，等待信号 |
| 阻塞->就绪 | 服务完成，信号来到 |
不存在 阻塞->运行 和 就绪->阻塞，阻塞必须通过就绪才能运行，就绪运行后才能进入阻塞。
更多状态如：新建状态和终止状态
含新建和终止状态的进程状态变迁
- Linux进程的状态
| 名称 | 状态 |
|---|---|
| 可运行态 | 就绪和运行 |
| 阻塞（等待）态 | 浅度阻塞（可中断），深度阻塞（不可中断，请求文件服务、I/O服务，系统服务） |
| 僵死态 | 进程终止执行，释放大部分资源 |
| 挂起态 | 进程被临时挂起，暂存 |
Linux进程状态迁移
-
进程控制块（Process Control Block, PCB）
描述进程状态，资源和与相关进程关系的数据结构，PCB是进程的标志，创建进程时创建PCB，进程撤销后PCB也撤销
进程=程序+PCB -
基本PCB的数据结构
| PCB的基本成员 | |
|---|---|
| name(ID) | 进程名称（标识符） |
| status | 状态 |
| next | 指向下一个PCB的指针 |
| start_addr | 程序地址 |
| priority | 优先级 |
| cpu_status | 现场保护区（堆栈） |
| comm_info | 进程通信 |
| process_family | 家族 |
| own_resource | 资源 |
- Linux的进程控制块PCB：task_struct
（1）进程状态
（2）调度信息
（3）标识符
（4）内部进程通信讯息
（5）链接信息
（6）时间和计时器
（7）文件系统
（8）虚拟内存信息
（9）处理器信息
和进程标识相关的成员变量，LINUX进程标识（PID，PPID父进程ID，PGID进程组ID），用户标识（UID用户ID，GID用户组ID）
-
进程的切换
进程上下文，context，进程运行环境，CPU环境
换入进程的上下文进入CPU（从栈上来）
换出进程的上下文离开CPU（到栈上去） -
进程控制
操作系统在进程生存全期间，对其全部行为的控制，主要包括创建进程，阻塞进程，撤销进程和唤醒进程 -
进程创建，创建一个具有指定标识（ID）的进程
参数：进程标识，优先级，进程起始地址，CPU初始状态，资源清单等
过程：创建一个空白PCB->获取并赋予进程标识符ID->为进程分配空间->初始化PCB（默认值）->插入相应的进程队列（新进程插入就绪队列）
//进程创建伪代码
Creat(Si,Mi,Pi) //CPU的状态，内存，优先级
{
p=Get_New_PCB(); //分配新的PCB
pid=Get_New_PID(); //分配新的进程PID
p->ID=pid; //设置进程PID
p->CPU_state=Si; //CPU的状态
p->Memory =Mi; //内存
p->Priority=Pi；//优先级
p->Status.Type="Ready"; //进程状态
p->Status.List=RL; 进程队列RL：Ready List
...............
Insert(RL,p); //把进程p插入就绪队列
Scheduler(); //调度程序
}
-
进程撤销，撤销一个指定的进程，收回进程所占有的资源，撤销该进程的PCB
时机/事件/原由：正常结束，异常结束，外界干预
参数：进程标识
进程撤销的实现：在PCB队列中检索出该PCB->获取该进程的状态->根据进程状态，处理进程(若该进程处于运行态，立即终止该进程)->释放进程占用资源->将进程从PCB队列中移除。Linux中存在父子进程，撤销进程，需要一并撤销子进程，及子进程的子进程（递归）。 -
进程阻塞，停止进程的执行，变为阻塞
时机/事件/原由：请求系统服务（由于某种原因，操作系统不能立即满足进程的要求），启动某种操作（进程启动某操作，阻塞等待该操作完成），新数据尚未到达（A进程要获得B进程的中间结果，A进程等待），无新工作可做（进程完成任务后，自我阻塞，等待新任务到来）
参数：阻塞原因，不同原因构建不同的阻塞队列
进程阻塞的实现：停止运行->将PCB“运行态”改“阻塞态”->插入相应原因的阻塞队列->转调用程序 -
进程唤醒，唤醒处于阻塞队列中的某个进程
时机/事件/原由：相对于进程阻塞，系统服务由不满足到满足，I/O完成，新数据到达，进程提出新请求（服务）
参数：被唤醒进程的标识 -
进程控制原语，是由若干指令构成的具有特定功能的函数，具有原子性，其操作不可分割，必须一气呵成，不能停止。
包括：创建原语，撤销原语，阻塞原语，唤醒原语。 -
Windows进程控制
编程创建：system、WinExec、ShellExecute、CreateProcess(最底层)
CreateProcess创建新进程：创建进程内核对象，创建虚拟地址空间->装载EXE和/或DLL的代码和数据到地址空间->创建主线程和线程内核对象->启动主线程，进入主函数
编程结束：ExitProcess（温和结束执行），TeriminateProcess（强制结束执行）。 -
Linux进程控制
编程创建：fork
新进程是当前进程的子进程，父进程是fork()的调用者，子进程是新创建的进程。
子进程是父进程的复制，具有相同的代码，相同的数据，相同的堆栈，子进程与父进程具有相同行为，差别在于进程标识不同，与时间相关的信息不同。
父子进程可以并发运行，并发运行从创建进程后执行，避免重复创建进程的结果。
int main(void)
{
pid_t pid
pid=fork();
if (pid == 0)
printf("Hello World!\n")
else if (pid > 0)
printf("How are you?\n")
}
在子进程中，pid = 0
在父进程中，pid > 0（等于子进程的ID）
出错，pid = -1
-
exec函数族，不由fork创建，是所有进程的祖先。
exec函数族：execl，execlp，execle，execv，elecvp，exece（最底层）
调用时装入一个指定的可执行程序运行，使得子进程具有和父进程完全不同的新功能
过程：根据文件名找到相应得可执行程序->将可执行程序得内容填入子进程得地址空间->进入新进程执行不再返回 -
线程（Thread）
当操作系统支持线程时，进程不再是CPU的调度单位，线程成为CPU的调度单位
线程是可由CPU直接运行的实体，一个进程可以创建多个线程，多个线程共享CPU可以实现并发运行，具有比进程更高的并发力度。
CreateThread，把一个函数创建为一个线程 -
单线程和多线程
单线程程序只有一个线程，即Windows程序省缺的主线程main
多线程程序含有至少两个线程，主线程和至少一个用户线程 -
线程技术典型适用场景
程序多个功能需要并发运行
提高窗口程序的交互性（前台交互主线程和后台计算子线程）
需要改善程序结构的地方
充分发挥多核CPU的性能 -
创建线程：CreateThread（Win32），AfxBeginThread（MFC），CreateRemoteThread（远程线程）pthread_create（Linux，pthread.h）
-
线程的麻烦：程序难以调试，并发过程难以控制，线程安全问题
-
进程不能一边画圆一边画方？
可以，不同程序窗口，不完全保障同时开始和完成。 -
交互子线程，计算主线程？
交互子线程需要小心处理交互顺序，计算主进程影响后续交互。 -
临界资源和临界区
临界资源：一次只允许一个进程独占访问（使用）的资源，如最前面代码A和B中共享变量i
临界区：进程中访问临界资源的程序段，包括写或读临界资源。
访问特点：具有排他性，并发进程不能同时进入临界区
访问机制涉及原则：
忙则等待（当临界区忙时，其他进程必须在临界区外等待）
空闲让进（当无进程处于临界区时，任何有权进程可进入临界区）
有限等待（进程进入临界区的请求应在有限时间内得到满足，临界区不易过大，但必须包含所有临界资源）
让权等待（等待进程放弃CPU，让其他进程有机会得到CPU） -
锁机制
基本原理：设置一个标志，标识临界资源“可用”还是“不可用”？1：0
上锁操作：进入临界区之前检查标志是否“可用”，若“不可用”，在临界区等待，若“可用”，访问临界资源并修改标志为“不可用”。上锁原语
开锁操作：离开临界区时将标志修改为“可用”状态，开锁原语 -
用锁机制访问临界区
步骤：初始化锁的状态S=1（可用）->进入临界区之前执行上锁Lock操作->离开临界区之后执行开锁unLock操作。
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