一文详解操作系统进程管理( 三 ) _操作系统

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那么为什么需要多线程？

许多应用同时发生着多种活动，其中一些活动会被阻塞，将进程进一步分解为多个线程，可以更灵活地处理各种类型的活动。
线程更加轻量级，创建和终止速度更快，且线程之间切换的速度会比进程切换更快。
对于一些 I/O 密集型任务，多个线程允许这些并排执行，加快整体的速度。对于CPU密集型任务多线程没这个优势，因为本质上CPU同一时间只做一件事（什么是CPU密集型、I/O密集型？）。
线程间通信的效率会高于进程间通信。一般进程间通信需要内核介入，而同一进程内的线程间共享该进程的内存和文件，不需要调用内核就可以实现通信。

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上图为多线程进程模型，其中线程控制块，也被称为TCB（Thread Control Block）。
对于进程来说，进程 = 线程+资源。
我们一开始提及过，操作系统底层存在调度程序，调度程序可调度任务，而单线程进程，每个进程可以对应一个任务。现在，对于多线程的进程，每一个线程最终对于调度程序来说，都是一个任务，如下图（linux系统）。因此也有一种流行的说法“线程是CPU调度的基本单位”

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3.2 线程状态和进程状态模型类似，线程的状态也有新建，运行，就绪，阻塞，终止。与进程状态相似，终止线程时将进入终止状态。但是区别于进程的是当一个进程被终止了，其内部的所有线程都会被终止。由于线程之间的并行关系，同一进程内，一个线程被阻塞了，不会影响到其他线程。
4.进程调度处理器调度，按照相对时间长短，可以分为长程调度，中程调度，短程调度。（常见调度还有I/O调度，但不属于处理器调度）。几种调度和进程的状态转换关系如下图

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4.1 几种调度方式4.1.1 长程调度长程调度又称为高级调度，作业调度。
它控制系统的并发度，决定着哪一个批处理作业或者用户程序可以进入系统中处理，一旦运行进入，批处理作业或者用户程序就会变成进程，进入就绪队列。
4.1.2 中程调度中程调度又称交换调度，中级调度。
核心思想是将进程从内存或CPU竞争中移出，之后进程能重新被调入内存，通过这种方式可控制内存中进程数量。如图中，从就绪队列中挂起的进程进入就绪挂起队列，从阻塞队列中挂起的进程进入阻塞挂起队列。就绪挂起队列中的进程激活，则进入就绪队列。
4.1.3 短程调度短程调度又称为低级调度，大部分时候讲的进程调度都是特指短程调度，短程调度将就绪队列中的进程调度到CPU中执行。其中按照一定策略将CPU分配给一个就绪状态的进程，分为抢占式调度和非抢占式调度。
非抢占式调度：
非抢占式调度，就是挑选一个进程，将CPU分配给它，该进程一直运行到终止或者因为等待事件进入阻塞状态(图中红字标注) 。显然这种调度方式存在一个硬伤：正在运行的进程如果需要运行很长时间，那么排在它后面的进程，只能一直等，直到它结束或阻塞。
抢占式调度：
抢占式调度就是允许进程执行到一半时，将进程停下，CPU分配给其它进程。
4.2 进程调度算法【一文详解操作系统进程管理】常见的进程调度算法有：

先来先服服务
时间片轮转
最短作业优先
最短剩余时间优先
优先级调度
多级反馈队列调度

由于篇幅有限，每一种调度算法本文只做精要的介绍，想更进一步了解，可以根据最后的参考资料。
4.2.1 先来先服务先来先服务（First Come First Serverd, FCFS）。先进就绪队列，则先被调度，先来先服务是最简单的调度算法。

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先来先服务存在上面谈论过的问题：当前面任务耗费很长时间执行，那么后面的任务即使只需要执行很短的时间，也必须一直等待。属于非抢占式
4.2.2 时间片轮转调度时间片轮转调度，即上面第一章所描述的方式。
每一个进程会被分配一个时间片，表示允许该进程在这个时间段运行，如果时间结束了，进程还没运行完毕，那么会通过抢占式调度，将CPU分配给其他进程，该进程回到就绪队列。这是一种最简单最公平的调度算法，但是有可能会存在问题。由于进程的切换，需要耗费时间，如果时间片太短，频繁进行切换，会影响效率。如果进程时间片太长，有可能导致排后面的进程等待太长时间。因此时间片的长度，需要有大致合理的数值。（《现代操作系统》的观点是建议时间片长度在20ms~50ms）。