【操作系统进程与线程管理：从PCB到多线程并发编程】

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操作系统管理进程

• （1）先描述 -> 通过PCB结构体将进程的各种属性都表示出来
• （2）再组织 -> 通过链表数据结构把多个PCB串起来。

PCB核心属性

• 1.pid进程标识符
• 2.内存指针，该进程依赖的指令和数据在哪里
• 3.文件描述符表，该进程打开了哪些文件
• 4.支持进程调度的属性：状态、优先级、上下文、记账信息。

线程&多线程编程

• 当前的CPU基本上都是多核心CPU

• 多线程编程:通过特定的编程技巧（并发编程=并行+并发），把要完成的任务，拆解成多个部分，并让他们在不同的CPU上运行。【防止出现“一核有难，多核围观”的现象。】

• 由于服务器，频繁地有客户端来来去去，这导致服务器需要频繁的创建/销毁进程（过于频繁的创建和销毁进程会导致服务器的响应速度变慢）。

• 为了解决进程的负重，所以引入线程来解决进程开销过大的问题。

• 线程（Thread）:也叫做“轻量级进程”（创建销毁开销更小），可以理解成线程是进程的一部分。

• 一个进程中可以包含一个线程或多个线程

• 描述进程，使用的是PCB这样的结构体

  • 一个PCB其实就是描述一个线程
  • 若干个PCB（线程）联合在一起用来描述一个进程。

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• PCB属性

  • 1.pid （每个线程都不一样）
  • 2.内存指针
  • 3.文件描述符表
    • 在同一个进程的若干个线程中，内存指针和文件描述附表其实是同一个 。
    • 同一个进程中的若干个线程之间，是公用相同的内存资源和文件资源的。
      • （eg：线程1中new个对象，线程2可以访问到；线程1打开一个文件，线程2也可以直接使用。）
  • 4.状态、上下文、优先级、记账信息
    • （对于进程调度的这四个属性，每个线程都有属于自己的一组属性）
    • 每个线程都是在独立的在CPU上执行调度的。
      • 进程是系统资源分配的基本单位
      • 线程是系统调度执行的基本单位
  • 5.tgid：同一个进程的tgid是同一个。

为什么线程比进程更轻量？为什么线程创建/开销比进程更小？

• 核心在于：

• 创建进程，可能要包含多个线程，在这个过程中，涉及到了资源分配/资源释放。

• 创建线程，相当于已经拥有资源，省去了资源分配/释放的步骤了。
  

• 同一个进程包含N个线程，这些线程之间资源是共用的。

• 只有当创建第一个线程的时候（即创建进程的时候），才需要去进行资源申请操作。

• 后续再创建线程，都没有申请资源的过程了。

线程基本特性的例子

• 滑稽有个任务，吃掉100只盐焗鸡，但是现在只有它一个人吃，效率比较低~
  

• 为了解决效率低这个问题，我们引入了多进程和多线程方案：

• ①多进程方案：
  

• 我们可以看到我们又找了一个滑稽来吃鸡，不仅要租房子还要搞个桌子，这使得吃鸡成本大大增加

• ②多线程方案：
  

• 房间和桌子还是同一个，把滑稽变成两个，这两个滑稽都可以同时来吃鸡，还是相当于一个人吃了两50只鸡，效率和多进程相比，成本降低了。

• ③引入更多线程的方案：
  

• 根据上图，我们可以看到随着引入的线程增多，每个线程要完成的任务量更少了，整体吃鸡的速度就会更快！！

• ④引入无限多个多线程的方案：

• 由于桌子大小是有限的，我们的滑稽需要坐在椅子上才能吃鸡，当引入更多的滑稽时，会导致滑稽无法凑到桌子边上，没法和正在坐姿上的滑稽一样并发的执行任务。

• 此外，外面的滑稽往里面挤，可能会打断里面正在吃鸡的滑稽，此时，线程调度会非常明显，可能会导致程序性能不升反降。

• ⑤多个线程共同完成某个任务：
  

• 如果是多个线程共同完成某个任务，在这个过程中，多个滑稽之间，可能会发生冲突！！

  • 1号滑稽看上大鸡腿
  • 2号滑稽盯上了同一个大鸡腿
  • 导致两个人起了冲突，打起来了 => 程序出现bug~ 【线程安全问题】

• ⑤一个线程·抛出异常并且未处理好：
  

• 如果，某个滑稽，不太开心，不想吃鸡了~

• 直接反抗，使得别的滑稽也吃不了鸡。

• 如果一个线程抛出异常，并且没有很好的捕获处理好，就会使得整个进程退出（其它线程也没了）。

🏷️总结：

• 对于多线程：一个线程挂了，会影响到其他线程。
• 对于进程：进程与线程相比，具有更好的独立性，当一个进程挂了，一般不会影响到其它进程。