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深入理解操作系统中进程与线程的区别及切换机制(上)
2023-09-09 10:25:37 】 浏览:281
Tags:解操作 程与线 程的区 别及切

进程

所谓进程,大家可以理解为我们打开的应用程序,如微信、QQ、游戏等,但也有系统应用是我们看不见的,可以打开任务管理器一探究竟,我们写的代码程序在服务器上在不运行的情况下,它就是一个二进制文件,并不是进程!

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一个进程可以包含一个或者多个线程,但对于CPU来说他就是一个任务而已;

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在早期,我们的CPU只有一个,而有多个任务需要执行时,它们只能排队等待,无论前面的任务执行时间有多长,后面的任务都得耐心等待。这种方式显然存在明显的弊端。举个例子,假设排在前面的A任务需要执行1小时,而排在后面的B任务仅需1分钟,那么B任务必须等待A任务完成后才能执行,这种方式显得极其不灵活。

进一步发展后,我们拥有了多任务的系统。在CPU在同一时间只能处理一个任务的前提下,系统将时间划分为多个时间片,每个任务只能占用一个时间片来执行自己的任务。一旦时间片用完,就必须轮到下一个任务执行,这种方式看起来就像是多个进程或任务同时在运行,这就是我们所说的并发,也称为伪并行。

有伪并行,那么就有真并行,随着现代化发展,我们的CPU开始拥有多核处理器,如4核、8核等。这样每个核心就像一个独立的CPU一样,可以并行处理多个任务。,8核对应的就是8个任务并行处理;

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然而,我们当前的服务器系统都是高并发状态,不仅要运行自己的业务,还要占用一定的CPU资源来运行系统进程。因此,以下一系列问题就出现了:

  1. 一个任务占用多长时间的时间片?
  2. CPU如何进行任务切换?当一个任务正在执行时被切换,资源如何处理?
  3. CPU如何找到下一个要执行的任务的位置?

进程的状态

五状态模型

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当我们的程序启动后就会变成这种状态,关联如下:

就绪->运行:当任务获得时间片后,使用CPU执行操作,进入运行状态。

运行->阻塞:进程调用系统服务时,无法立即获取返回值(如IO操作),进入阻塞状态。

运行->就绪:如果占用的时间片已经结束了,但任务未完成,回到就绪状态。

阻塞->就绪:阻塞结束后,进程回到就绪状态。

运行->结束:进程自行完成任务后,那么会被系统终止;

以上便是对于单个进程的5状态描述,从上面可以看出由于系统通常同时运行多个进程,因此就绪和阻塞状态的进程可能会有多个,那么这么多进行都在就绪态和阻塞态怎么办?一般来说就是使用队列,这不跟你写java是一样的解决方案吗?排队就行了

七状态模型

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队列是可以解决排队了问题了,但是这么长的队列放到哪里呢?我们的内存是很宝贵的,所以这里面就有上一节说的内存交换的问题了,可以使用内存交换机制将部分进程交换到磁盘中,这时候就是一个挂起的状态;

挂起的状态分两种:

  1. 就绪状态的挂起:一旦进程重新加载到内存中,就会立即运行。
  2. 阻塞状态的挂起:等待特定事件发生后才会运行。

这时候你就知道为什么你可以运行很多个程序,但是有时候你打开的太多了,你正打开某一个软件的同时,另一个软件自己退了,你就可以看下你的内存是不是满了,这是因为已经被交换到磁盘中的进程不容易重新加载回内存。一旦内存已满,重新加载进程就变得困难。

总结

进程是指正在运行的程序,可以包含一个或多个线程。在早期,CPU只有一个核心,多个任务需要排队等待执行。后来,引入了多任务的概念,将时间划分为多个时间片,每个任务占用一个时间片执行,实现了伪并行。现代CPU拥有多核处理器,可以并行处理多个任务。高并发的服务器系统中,除了运行业务,还要占用一定的CPU资源运行系统进程。进程的状态通过队列进行管理。同时还讨论了内存交换和进程挂起的问题。

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