计算机操作系统

一、线程与进程的区别

线程的基本介绍

线程是进程中执行运算的最小单位，是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。

进程：每个进程都有独立的代码和数据空间（进程上下文），进程间的切换会有较大的开销，一个进程包含1–n个线程。（进程是资源分配的最小单位）

线程：同一类线程共享代码和数据空间，每个线程有独立的运行栈和程序计数器(PC)，线程切换开销小。（线程是cpu调度的最小单位）

线程与进程的区别

1. 定义不一样，进程是执行中的一段程序，而一个进程中执行中的每个任务即为一个线程。
2. 一个线程只可以属于一个进程，但一个进程能包含多个线程。
3. 线程无地址空间，它包括在进程的地址空间里。
4. 线程的开销或代价比进程的小。
5. 调度：线程作为调度和分配的基本单位，进程作为拥有资源的基本单位
6. 并发性：不仅进程之间可以并发执行，同一个进程的多个线程之间也可以并发执行
7. 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，但可以访问隶属于进程的资源
8. 系统开销：在创建或撤销进程时，由于系统都要为之分配和回收资源，导致系统开销大于线程的开销

二、状态模型

进程状态

三态模型

（1）运行：当一个进程在处理机上运行时，则称该进程处于运行状态。处于此状态的进程的数目小于等于处理器的数目，对于单处理机系统，处于运行状态的进程只有一个。在没有其他进程可以执行时（如所有进程都在阻塞状态），通常会自动执行系统的空闲进程。

（2）就绪：当一个进程获得了除处理机以外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行，则称此进程处于就绪状态。就绪进程可以按多个优先级来划分队列。例如，当一个进程由于时间片用完而进入就绪状态时，排入低优先级队列；当进程由I／O操作完成而进入就绪状态时，排入高优先级队列。

（3）阻塞：也称为等待或睡眠状态，一个进程正在等待某一事件发生（例如请求I/O而等待I/O完成等）而暂时停止运行，这时即使把处理机分配给进程也无法运行，故称该进程处于阻塞状态。

五态模型

1. 创建状态
   进程正在创建，尚未转到就绪状态。

2. 结束状态
   进程正在从系统中结束，原因可能是正常退出，也可能是异常退出。

3. 运行状态
   进程正在处理机上运行，在单处理机环境下，每一时刻最多只有一个进程处于运行状态。那么由此可以推出，在单处理机环境下，如果创建了N个进程，每一时刻最多只有N-1个进程处于就绪状态。

4. 就绪状态
   进程处于准备运行的状态，即 进程已经获得了除了处理机之外的一切所需资源，一旦得到处理机后就可以运行。

5. 阻塞状态
   进程正在等待某一事件（某种资源的获取、IO…）而暂停运行。很显然这个状态下即使进程获得了处理机资源也不能立刻运行。

线程状态

1. 新建状态(New): 线程对象被创建后，就进入了新建状态。例如，Thread thread = new Thread()。

2. 就绪状态(Runnable): 也被称为“可执行状态”。线程对象被创建后，其它线程调用了该对象的start()方法，从而来启动该线程。例如，thread.start()。处于就绪状态的线程，随时可能被CPU调度执行。

3. 运行状态(Running): 线程获取CPU权限进行执行。需要注意的是，线程只能从就绪状态进入到运行状态。

4. 阻塞状态(Blocked): 阻塞状态是线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。阻塞的情况分三种：

   (01) 等待阻塞 – 通过调用线程的wait()方法，让线程等待某工作的完成。

   (02) 同步阻塞 – 线程在获取synchronized同步锁失败(因为锁被其它线程所占用)，它会进入同步阻塞状态。

   (03) 其他阻塞 – 通过调用线程的sleep()或join()或发出了I/O请求时，线程会进入到阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。

5. 死亡状态(Dead): 线程执行完了或者因异常退出了run()方法，该线程结束生命周期。

三、线程同步

线程同步的方式主要有: 临界区（Critical Section）、互斥量（Mutex）、信号量（Semaphore）、事件（Event）。

他们的主要区别和特点如下：

1）临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问，如果有多个线程试图访问公共资源，那么在有一个线程进入后，其他试图访问公共资源的线程将被挂起，并一直等到进入临界区的线程离开，临界区在被释放后，其他线程才可以抢占。

2）互斥量：采用互斥对象机制。 只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限，因为互斥对象只有一个，所以能保证公共资源不会同时被多个线程访问。互斥不仅能实现同一应用程序的公共资源安全共享，还能实现不同应用程序的公共资源安全共享。

3）信号量：它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。

4）事件： 通过通知操作的方式来保持线程的同步，还可以方便实现对多个线程的优先级比较的操作。

java实现同步的7种方式

1. 同步方法
2. 同步代码块
3. wait与notify
4. 使用特殊域变量（volatile）实现线程同步
5. 使用重入锁实现线程同步
6. 使用局部变量实现线程同步
7. 使用阻塞队列实现线程同步

文章地址：https://www.cnblogs.com/soundcode/p/6295910.html

四、死锁

什么是死锁？

​ 所谓死锁，是指多个进程在运行过程中因争夺资源而造成的一种僵局，当进程处于这种僵持状态时，若无外力作用，它们都将无法再向前推进。 因此我们举个例子来描述，如果此时有一个线程A，按照先锁a再获得锁b的的顺序获得锁，而在此同时又有另外一个线程B，按照先锁b再锁a的顺序获得锁。

产生死锁的原因？

a. 竞争资源 b. 进程间推进顺序非法

死锁产生的4个必要条件？

产生死锁的必要条件：

1. 互斥条件：进程要求对所分配的资源进行排它性控制，即在一段时间内某资源仅为一进程所占用。
2. 请求和保持条件：当进程因请求资源而阻塞时，对已获得的资源保持不放。
3. 不剥夺条件：进程已获得的资源在未使用完之前，不能剥夺，只能在使用完时由自己释放。
4. 环路等待条件：在发生死锁时，必然存在一个进程–资源的环形链。

解决死锁的基本方式？

预防死锁：

• 资源一次性分配：一次性分配所有资源，这样就不会再有请求了：（破坏请求条件）
• 只要有一个资源得不到分配，也不给这个进程分配其他的资源：（破坏请保持条件）
• 可剥夺资源：即当某进程获得了部分资源，但得不到其它资源，则释放已占有的资源（破坏不可剥夺条件）
• 资源有序分配法：系统给每类资源赋予一个编号，每一个进程按编号递增的顺序请求资源，释放则相反（破坏环路等待条件）

文章地址：https://blog.csdn.net/hd12370/article/details/82814348

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