Linux系统中 任务、进程和线程总结

Linux系统中 任务、进程和线程总结

         多任务处理是指用户可以在同一时间内运行多个应用程序，每个正在执行的应用程序被称为一个任务。Linux 就是一个支持多任务的操作系统（Windows也是多任务操作系统），比起单任务系统它的功能增强了许多。

         多任务操作系统使用某种调度策略支持多个任务并发执行。事实上，（单核）处理器在某一时刻只能执行一个任务。每个任务创建时被分配时间片（几十到上百毫秒），任务执行（占用CPU）时，时间片递减。操作系统会在当前任务的时间片用完时调度执行其他任务。由于任务会频繁地切换执行，因此给用户多个任务同时运行的感觉。

1 任务

        任务是一个逻辑概念，指由一个软件完成的活动，或者是为实现某个目的的一系列操作。通常一个任务是一个程序的一次运行，一个任务包含一个或多个完成独立功能的子任务，这个独立的子任务是进程或者是线程。例如，一个杀毒软件的一次运行是一个任务，目的是从各种病毒的侵害中保护计算机系统，这个任务包含多个独立功能的子任务（进程或线程）：包括实时监控功能、定时查杀功能、防火墙功能以及用户交互功能等。任务、进程和线程之间的关系如下图所示：

2 进程的基本概念

        进程是指一个具有独立功能的程序在某个数据集合上的一次动态执行过程，它是操作系统进行资源分配和调度的基本单元。一次任务的运行可以发激活多个进程，这些进程相互合作来完成该任务的一个最终目标。

进程具有一下几个主要特性：

      （1）并发性：指的是系统中多个进程可以同时并发执行，相互之间不受干扰。

      （2）动态性：指的是进程都有完整的生命周期，而且在进程的生命周期内，进程的状态是不断变化的，另外进程具有动态的地址空间（包括代码、数据和进程控制块等）。

      （3）交互性：指的是进程在执行过程中可能会与其他进程发生直接和间接的通信，如进程同步和进程互斥等，需要为此添加一定的进程处理机制。

      （4）独立性：指的是进程是一个相对完整的资源分配和调度的基本单位，各个进程的地址空间是相互独立的，只有采用某些特定的通信机制才能实现进程之间的通信。

        进程和程序是有本质区别的：程序是一段静态的代码，是保存在非易失性存储器上的的指令和数据的有序集合，没有任何执行的概念；而进程是一个动态的概念，它是程序的一次执行过程，包括了动态创建、调度、执行和消亡的整个过程（这一系列都由操作系统的调度机制来完成！），它是程序执行和资源管理的最小单位。进程不但包括程序的指令和数据，而且包括程序计数器和处理器的所有寄存器以及存储临时数据的进程堆栈。从操作系统的角度看，进程是程序执行时相关资源的总称。当进程结束时，所有资源被操作系统自动回收。

Linux 系统中主要包括下面几种类型的进程。

（1）交互式进程：这类进程经常与用户进行交互，需要等待用户的输入（键盘和鼠标操作等）。当接收到用户的输入之后，这类进程能够立刻响应。典型的交互式进程有shell 命令进程、文本编辑器和图形应用程序运行等。

（2）批处理进程：这类进程不必与用户进行交互，因此通常在后台运行。因为这类进程通常不必很快地响应，因此往往不会优先调度。典型的批处理进程是编译器的编译操作、数据库搜索引擎等。

（3）守护进程：这类进程一直在后台运行，和任何终端都不关联。通常系统启动时开始执行，系统关闭时才结束。很多系统进程（各种服务）都是以守护进程的形式存在。

        因为Linux 是一个多任务的操作系统，所以其他的进程必须等到操作系统将处理器使用权分配给自己之后才能运行。当正在运行的进程需要等待其他的系统资源时，Linux 内核将取得处理器的控制权，按照某种调度算法将处理器分配给某个正在等待执行的进程。

3 线程

         前面已经提到，进程是系统中程序执行和资源分配的基本单位。每个进程都拥有自己的数据段、代码段和堆栈段，这就造成了进程在进行切换时操作系统的开销比较大。为了提高效率，操作系统又引入了另一个概念——线程，也称为轻量级进程。线程是进程上下文中执行的代码序列，又称为轻量级的进程。它是操作系统能够调度的最小单元。线程可以对进程的内存空间和资源进行访问，并与同一进程中的其他线程共享。因此，线程的上下文切换的开销比进程小得多。一个进程可以拥有多个线程，其中每个线程共享该进程所拥有的资源。要注意的是，由于线程共享了进程的资源和地址空间，因此，任何线程对系统资源的操作都会给其他线程带来影响。由此可知，多线程中的同步是非常重要的问题。