初识操作系统&&进程与线程的区别和联系
目录
1.简单了解操作系统
2.进程的特性（process）
3.线程的特性（thread）
4.总结进线与线程的区别和联系
1.简单了解操作系统
提到操作系统，就离不开冯诺依曼体系，先简单谈谈冯诺依曼体系，，
冯诺依曼体系：CPU，存储器，输入设备，输出设备
- CPU
1.CPU内部本质上是由一大堆的门电路构成。
2.CPU内部的集成程度越高，就认为计算能力越强。
3.CPU上面还包含了寄存器，可以存储一些运算的中间值。
4.CPU执行程序的过程，大概是：取指令，解析指令，执行指令。
- 存储器
内存（特点）：存储空间小，访问速度快，价格贵，断电数据丢失...
外存（特点）：存储空间大，访问速度慢，价格便宜，断电后数据不丢失...
说了那么多，那操作系统到底是什么呢？？
由此看来， 操作系统是一个非常复杂的软件，它要管理很多其他的东西：内存管理、文件管理、设备管理、进程管理.......
【核心功能】
1.对下，要管理各种硬件设备。
2.对上，要给各种软件提供稳定的运行环境。
2.进程的特性（process）
2.1 什么是进程/任务（task）？？
计算机内部要管理任何现实事物，都需要将其抽象成一组有关联的、互为一体的数据。在 Java 语言中，我们可以通过类/ 对象来描述这一特征。（进程的唯一身份标识---pid）这样，每一个 PCB 对象，就代表着一个实实在在运行着的程序，也就是进程。操作系统再通过这种数据结构，例如线性表、搜索树等将 PCB 对象组织起来，方便管理时进行增删查改的操作。
class PCB {
// 进程的唯一标识 —— pid;
// 进程关联的程序信息，例如哪个程序，加载到内存中的区域等
// 分配给该资源使用的各个资源
// 进度调度信息（留待下面讲解）
}2.3 进程调度
什么是进程的调度？？
本质问题：我们的计算机，CPU是有限的，但是进程数量是比较多的。CPU核心数大概只有6核，而进程数量非常多，几十个，上百个 ！这就是一个"狼多肉少"的问题，操作系统是要做到尽可能的公平，让每个狼都有吃肉的机会，就需要进行调度。
具体的做法就是让每个进程轮流进CPU，并且这里的轮转速度是非常快的！！
CPU主频是 1.9GHz，1s就有 19 亿个时钟周期，因此人感知不到这样的轮转。站在宏观角度来看，就好像这些进程都在同时执行一样，但是微观上并不是同时，而是"轮流"的方式占用CPU执行，这也叫做并发式的执行！！
由于CPU上有多个核心，每个核心上都可以跑一个进程，某个时刻两个进程就是在两个CPU核心上同时执行的，这就叫做并行式的执行！！
并发式执行：宏观上同时执行，微观上不是同时执行；并行式执行：宏观、微观都是同时执行；但是实际开发中，并不会对这俩概念上做明确的区分。
进程中有一些比较关键的属性（进程优先级，进程的状态，进程的记账信息，进程的上下文），用来实现进程的调度。
【进程优先级】：是指每个进程是按照优先级的顺序来占用CPU。
【进程的状态】：这里只讨论进程的就绪和阻塞两个状态，就绪状态，就有机会进入CPU，而阻塞状态就无法进入CPU。
【进程的记账信息】：操作系统在安排进程的时候，也会记录每个进程以往在CPU上执行的时间，如果发现某个进程被安排的太少了，就会适当的调整策略。（此处记录的时间不一定是以执行时间为单位，还可能以执行的指令数为单位）
【进程的上下文】：进程在调度的时候也是一样，进程很可能执行了某个操作，执行一半，就被调度走了，过一段时间，进程还要回来从上次执行到的位置继续往下执行！对于进程来说，上下文，具体指的就是 CPU 里的一堆寄存器里面的值。上下文就会在进程被切出 CPU 的时候，把寄存器的状态保存到 PCB 里（内存）。下次进程回到 CPU 上就把 PCB 里的上下文读取出来，恢复到 CPU 寄存器中。
2.4 进程的隔离性
我们希望每个进程，用自己的内存，不要互相干扰！！
但是在C语言里，有一个操作，叫做指针解引用，解引用的时候需要保证这个指针里包含的地址，指向的是咱们自己申请的合法内存地址。假设进程3中 *p = XXX，p 如果是一个野指针，就很可能会导致 进程3 指向别的进程的内存里了！！伴随着这个操作，就很可能直接把别的进程搞挂了！！这样就很难受：假如我在打电脑游戏，突然女朋友一个消息发过来，我立马切换页面去微信回复，结果这一操作直接导致我游戏崩溃，这就非常难受了！！这种行为就会让整个操作系统都很不稳定，这就违背了操作系统要给应用程序提供稳定的运行环境这一说法！！
为了让各个进程之间不要相互干扰，操作系统就引入了"虚拟地址空间"，这样的概念。每个进程都只能访问到自己的地址空间，相互之间不会有影响了，哪怕你指针指错，操作系统也能及时发现，不会影响到其他的进程。就算出问题，问题也被限制到进程内部了！！
此时如果进程3里出现了野指针，并且出现了 *p = XXX 的操作，指到了错误的地址上了，也不会出现太大问题！ 因为进行操作 p 指向的内存的时候需要经过 MMU 进行映射，MMU 就知道当前访问的是一个有问题的地址，于是就会像操作系统"告状"，说有进程访问内存错了！！操作系统就会给对应的进程发一个"信号"，告诉它，你的内存访问出错。而这里的"信号"的默认处理行为就是让进程终止运行，也就是所谓的程序崩溃！！
这样就解决了进程之间相互影响的问题，这就是进程的隔离性！！这种做法才是真正做到了操作系统给应用程序提供稳定的运行环境！！上述操作系统抽象出的虚拟地址空间可以理解为一个班的花名册，1班的19号同学对应张三，而2班的19号同学对应的是李四，互不干扰。
【虚拟地址空间过大的问题】
这时候又有问题了，你一个系统里进程有这么多，这些虚拟地址空间加到一起比物理内存大了，怎么办？？
1.可能同时一时刻执行的进程其实没几个！！
2.虽然每个进程的虚拟空间很大，但是实际使用的内存只有一小部分，物理内存只需要把真实使用的这部分内存数据给表示出来即可！！(假设同时6个进程在跑，很可能每个进程只是用 1M 的内存空间)
3.极端情况下，确实同时跑的这几个进程同时吃了很多的真实内存，确实会导致物理内存不够用！！(出现这种情况，属于 bug ，因此程序猿就需要想办法优化一下内存占用，或者扩容换一个内存更大的机器)
对于以上的虚拟地址空间的做法，如果还不理解，那就再举一个例子：我们生活中的银行也是这一套做法，假如今天银行吸收1个亿的存款，银行可能明天就贷款贷出去9千万，那么银行柜台里可能实际上只有1千万，这1千万对应的是1个亿份额的储户储蓄。经验规律：这些储户不会同时来取所有的钱！！但也有极端情况，比如出现战争等重大情况，就会出现银行挤兑，导致银行破产.....
2.5 进程间通信（了解）
进程引入了隔离性，确实让系统更稳定了，但是也有别的问题，比如多个进程之间想要配合工作，就麻烦了！！为解决这一问题，操作系统又引入了"进程间通信"。操作系统提供的进程间通信的方式有很多种，但是本质都是一样的——搞一个多进程之间都能访问到的公共资源，借助公共资源来进行通信！！
3.线程的特性（thread）
进程和线程之间，存在着一定的联系！！为啥要有多个进程呢？是为了引出并发编程！！CPU单个核心已经发展到极致了，要想提升算力，就得使用多个核心！所以引入并发编程，最大的目的就是为了能够充分利用好 CPU 的多核资源。使用多进程这种编程模型，是完全可以做到并发编程，并且能够被充分利用！！
但是在有些场景下，会存在问题：频繁的创建//销毁进程，这个时候就会比较低效！！
它分为三步：
1.创建PCB；
2.分配系统资源(尤其是内存资源)；(这个是在操作系统内核资源管理模块，进行一系列遍历 操作的，最耗时间的步骤)
3.把PCB加入到内核的双向链表中。
为了提高这个场景下的效率，就引入了"线程"，也叫做"轻量级进程"，线程其实是包含在进程中的，也就是一个进程里面可以有很多个线程。每个线程其实也有自己的PCB(一个进程里面可能就对应多个PCB)，同一个进程里的多个线程之间共用一份系统资源，这就意味着进程中的最耗时间的步骤省略了，不必重新给他分配系统资源了，只需要复用之前的即可！！因此创建线程，就只需要做以上的1，3步骤。这就是线程相对于进程做出的重大改进！！也就是线程更轻量的原因！！
【举例】
线程是包含在进程内部的"逻辑执行流"（线程可以执行一段单独的代码，多个线程之间，是并发执行的）。
操作系统在调度的时候，其实也是以"线程为单位"来进行调度的！(系统内核不认进程/线程，只认PCB)。
创建线程的开销比创建进程要小，销毁线程的开销也比销毁进程要小。
另外,线程还有其他一些特性：
1.增加线程数量，可以提高效率(但是不能无限提升)
2.线程之间可能存在线程安全问题。
3.一个线程崩溃，可能导致整个进程都崩溃。
【举例】
4.总结进线与线程的区别和联系
1.进程是包含线程的，线程是在进程内部的。
2.每个进程有独立的虚拟地址空间，也有自己独立的文件描述符；同一个进程的多个线程之间，则共用这一份虚拟地址空间和文件描述符表。(进程之间的资源是独立的，同一个进程里的线程之间的资源是共享的)
3.进程是操作系统中资源分配的基本单位。线程是操作系统中，调度执行的基本单位。
4.多个进程同时执行的时候，如果一个进程挂了，一般不会影响到别的进程；同一个进程内的多个线程之间，如果一个线程挂了，很可能把整个进程带走，其他同进程的线程也就没了.
文件描述符表：内核中，对应于每个进程都有一个文件描述符表，表示这个进程打开的所有文件。文件描述符就是这个表的索引。
最后还要注意的一点是，谈到多进程的时候，经常会谈到"父进程"，"子进程"，进程A里面创建了进程B，A是B的父进程，B是A的子进程。但是在多线程里，没有"父进程"，"子进程"这种说法，我们认为线程之间地位是平等的！！
本篇博客就到这里了,谢谢观看!!