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进程

状态切换

一个进程的活动期间至少具备三种基本状态，即运行状态、就绪状态、阻塞状态。

更详细的状态切换

  • 运行状态（Running）：该时刻进程占用 CPU；

  • 就绪状态（Ready）：可运行，由于其他进程处于运行状态而暂时停止运行；

  • 阻塞状态（Blocked）：该进程正在等待某一事件发生（如等待输入/输出操作的完成）而暂时停止运行，这时，即使给它CPU控制权，它也无法运行；

  • 创建状态（new）：进程正在被创建时的状态；

  • 结束状态（Exit）：进程正在从系统中消失时的状态；

上下文切换

  • CPU 寄存器和程序计数是 CPU 在运行任何任务前，所必须依赖的环境，这些环境就叫做 CPU 上下文。

  • 进程的上下文切换不仅包含了虚拟内存、栈、全局变量等用户空间的资源，还包括了内核堆栈、寄存器等内核空间的资源。

  • 为了保证所有进程可以得到公平调度，CPU 时间被划分为一段段的时间片，这些时间片再被轮流分配给各个进程。

线程

线程与进程的比较

线程与进程的比较如下：

  • 进程是资源（包括内存、打开的文件等）分配的单位，线程是 CPU 调度的单位；

  • 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，如寄存器和栈；

  • 线程同样具有就绪、阻塞、执行三种基本状态，同样具有状态之间的转换关系；

  • 线程能减少并发执行的时间和空间开销；

对于，线程相比进程能减少开销，体现在：

  • 线程的创建时间比进程快，因为进程在创建的过程中，还需要资源管理信息，比如内存管理信息、文件管理信息，而线程在创建的过程中，不会涉及这些资源管理信息，而是共享它们；

  • 线程的终止时间比进程快，因为线程释放的资源相比进程少很多；

  • 同一个进程内的线程切换比进程切换快，因为线程具有相同的地址空间（虚拟内存共享），这意味着同一个进程的线程都具有同一个页表，那么在切换的时候不需要切换页表。而对于进程之间的切换，切换的时候要把页表给切换掉，而页表的切换过程开销是比较大的；

  • 由于同一进程的各线程间共享内存和文件资源，那么在线程之间数据传递的时候，就不需要经过内核了，这就使得线程之间的数据交互效率更高了；

所以，不管是时间效率，还是空间效率线程比进程都要高。

调度

线程是调度的基本单位，而进程则是资源拥有的基本单位。

调度原则

  • CPU 利用率：调度程序应确保 CPU 是始终匆忙的状态，这可提高 CPU 的利用率；

  • 系统吞吐量：吞吐量表示的是单位时间内 CPU 完成进程的数量，长作业的进程会占用较长的 CPU 资源，因此会降低吞吐量，相反，短作业的进程会提升系统吞吐量；

  • 周转时间：周转时间是进程运行+阻塞时间+等待时间的总和，一个进程的周转时间越小越好；

  • 等待时间：这个等待时间不是阻塞状态的时间，而是进程处于就绪队列的时间，等待的时间越长，用户越不满意；

  • 响应时间：用户提交请求到系统第一次产生响应所花费的时间，在交互式系统中，响应时间是衡量调度算法好坏的主要标准。

调度算法

01 先来先服务调度算法 02 最短作业优先调度算法 03 高响应比优先调度算法 04 时间片轮转调度算法 05 最高优先级调度算法 06 多级反馈队列调度算法

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