线程、进程和管程

一、线程

1.1 定义

线程：线程是进程中的实体，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程。线程有时被称为轻量级进程，是程序执行流的最小单元。

线程的组成部分：
1. 线程ID：线程标识符
2. 当前指令指针（PC）
3. 寄存器集合：存储单元寄存器的集合
4. 堆栈：堆栈是两种数据结构。堆栈都是一种数据项按序排列的数据结构，只能在一端(称为栈顶(top))对数据项进行插入和删除。在单片机应用中，堆栈是个特殊的存储区，主要功能是暂时存放数据和地址，通常用来保护断点和现场。

1.2 特点

1. 线程不拥有系统资源，只有运行必须的一些数据结构；
2. 它与父进程的其它线程共享该进程所拥有的全部资源。线程可以创建和撤消线程，从而实现程序的并发执行。
3. 一般，线程具有就绪、阻塞和运行三种基本状态。
   线程的状态转换图如下所示：
   

二、进程

2.1 定义

进程：进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统动态执行的基本单元，在传统的操作系统中，进程既是基本的分配单元，也是基本的执行单元。

进程的组成部分：
Ⅰ、程序段
存放要执行的代码。
Ⅱ、数据段
存放程序运行过程中处理的各种数据。
Ⅲ、进程控制块（PCB）
1、进程描述信息：①进程标识符②用户标识符。
2、进程控制和管理信息：①进程当前状态②进程优先级。
3、资源分配清单：①程序段指针②数据段指针③键盘④鼠标。
4、处理及相关信息：各种寄存器值（保存当前程序执行到哪一句）。

2.2 特点

1. 动态性（最基本的特征）
   进程是程序的一次执行过程，是动态地产生、变化和消亡的。
2. 并发性
   内存中有多个进程实体，各进程可并发执行。
3. 独立性
   进程是能独立运行、独立获得资源、独立接受调度的基本单位。
4. 异步性
   各进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进，操作系统要提供“进程同步机制”来解决异步问题。
5. 结构性
   每个进程都会配置一个PCB，结构上看，进程由程序段、数据段、PCB组成。
6. 进程的状态
   ①运行态：占有CPU，并在CPU上运行。
   ②就绪态：已经具备运行条件，但没有空闲CPU，而暂时不能运行。（已经拥有了除CPU之外的所有需要的资源）
   ③阻塞态：因等待某一事件而暂时不能运行。（如等待分配打印机、等待读磁盘操作的结果）
   进程的状态转换过程图如下：
   
   

三、管程

3.1 定义

管程定义了一个数据结构和能为并发进程所执行的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据。

管程的组成部分：
（1）一组局部变量；
（2）对局部变量操作的一组过程；
（3）对局部变量进行初始化的语句。

3.2 特点

1. 任何进程只能通过调用管程提供的过程入口才能进入管程访问共享数据；
2. 任何时刻，仅允许一个进程在管程中执行某个内部过程。

四、总结和扩展

4.1 总结

Ⅰ、进程和线程区别

根本区别：进程是系统进行资源分配（如地址和文件等）的基本单位；线程是CPU调度和分派的基本单位。
拥有资源：进程是拥有资源的一个独立单位，线程不拥有系统资源（但线程有自己的堆栈和局部变量），但可以访问隶属于进程的资源。进程所维护的是程序所包含的资源（静态资源）， 如：地址空间，打开的文件句柄集，文件系统状态，信号处理handler等；线程所维护的是线程运行相关的资源（动态资源），如：运行栈等。
包含关系：一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。
切换：上下文切换包含了寄存器的存储和程序计数器存储的指令内容。进程切换与线程切换的一个最主要区别就在于进程切换涉及到虚拟地址空间的切换而线程切换则不会。因为每个进程都有自己的虚拟地址空间，而线程是共享所在进程的虚拟地址空间的，因此同一个进程中的线程进行线程切换时不涉及虚拟地址空间的转换。

Ⅱ、进程和程序的区别

进程是暂时的，是程序在数据集上的一次执行，程序是永存的。
进程是动态的观念，程序是静态的观念。
1个进程一般只能对应1个程序，1个程序可以对应多个进程。

Ⅲ、同一进程间的线程共享/独享哪些资源

共享的资源有：

①堆：由于堆是在进程空间中开辟出来的，所以它是理所当然地被共享的；因此new出来的都是共享的（16位平台上分全局堆和局部堆，局部堆是独享的）。
②全局变量：它是与具体某一函数无关的，所以也与特定线程无关；因此也是共享的。
③静态变量：虽然对于局部变量来说，它在代码中是“放”在某一函数中的，但是其存放位置和全局变量一样，存于堆中开辟的.bss和.data段，是共享的。
④文件等公用资源：这个是共享的，使用这些公共资源的线程必须同步。Win32 提供了几种同步资源的方式，包括信号、临界区、事件和互斥体。

注意：每个进程都有自己的地址空间，即进程可以访问的虚拟地址范围。每个进程可以有多个线程，所以进程中的所有线程共享相同的虚拟地址空间。

独享的资源有：

①栈：栈是独享的，线程默认栈大小为8M。
②寄存器的值：线程里存放的是副本，包括程序计数器PC。

4.2 扩展

问题：CPU包含的寄存器有哪些？哪些是程序员可以操作的？
以80386的CPU为例，寄存器分为6类，包括通用寄存器、段寄存器、标志和控制寄存器、系统地址寄存器、调试寄存器和测试寄存器。
其中，可供应用程序员使用的为通用寄存器（EAX、EBX、ECX、EDX、ESP、EBP、ESI、EDI）、段寄存器（CS、DS、SS、ES、FS、GS）以及标志和控制寄存器（EIP、EFLAGS）。可以指定任何通用寄存器的内容作为操作数的地址，以及在形成地址的过程中作如加法或减法这样简单的算术运算。

引用

[1]https://blog.csdn.net/Tir_zhang/article/details/125072294
[2]https://zhidao.baidu.com/question/247918947446298244.html
[3]https://blog.csdn.net/qq_44488586/article/details/119949954
[4]https://blog.csdn.net/TABE_/article/details/122417359
[5]https://www.pianshen.com/post/490724757039/