多核程序设计03第三章多线程编程(更新).ppt

第三章 多线程概述 多线程技术 运用恰当，多线程技术就能使硬件资源得到更加充分的利用，提高计算性能； 反之，降低计算性能，导致应用程序发生一些不可预测的行为，甚至出现难以解决的故障。 只要正确理解线程的运行方式，就可以避免这些可能出现的问题，达到充分发挥多线程技术的优势、提高计算性能的目的。 进程概念 定义：进程是具有一定独立功能的程序关于一个数据集合的一次运行活动。可表示成四元组（P, C, D, S），其中P是程序代码，C是进程的控制状态，D是进程的数据，S是进程的执行状态。 状态： 运行态(Run): 进程占有处理机资源, 正在运行; 就绪态(Ready): 进程本身具备运行条件, 但由于处理机的个数少于可运行进程的个数, 暂未投入运行; 等待态(Wait): 进程本身不具备运行条件，即使分给它处理机也不能运行. 进程正等待某一个事件的发生, 如等待某一资源被释放，等待与该进程相关的I/O传输的完成信号等。 进程概念 状态间转换 当一个就绪进程获得处理机时, 其状态由就绪变为运行; 当一个运行进程被剥夺处理机时, 其状态由运行变为就绪; 当一个运行进程因某事件受阻时, 如所申请资源被占用, 启动I/O传输未完成, 其状态由运行变为等待; 当所等待事件发生时, 如得到申请资源, I/O传输完成, 其状态由等待变为就绪. 进程概念 进程控制块(Process Control Block，PCB):标志进程存在的数据结构，其中包含系统对进程管理需要的全部信息。 进程概念 进程的组成 进程控制块：由于进程控制块中包含程序的地址信息，通过它可以找到程序在内存或外存的存放地址，也就找到了整个进程. PCB存于系统空间，只有操作系统能够对其存取，用户程序不能访问. 实际上用户甚至感觉不到PCB的存在； 程序：进程的“躯体”，其中包括代码和数据两个部分. 现代操作系统都支持程序共享的功能，这就要求代码是“纯”的，即在运行期间不修改自身。数据一般包括静态变量、动态堆和动态栈。 进程概念 进程的表示： 进程概念 进程的队列：为实现对进程的管理，系统需要按照某种策略将进程排成若干队列，由于PCB是进程的代表，因而进程队列实际上是由进程PCB构成的队列. 因为该队列通常由链的形式实现的，所以也称PCB链 。系统中的进程队列分为如下三类：就绪队列 、等待队列、运行队列。 进程的队列 就绪队列 整个系统一个. 所有处于就绪状态的进程按照某种组织方式排在这一队列中. 等待队列 每个等待事件一个，当进程等待某一事件时，进入与该事件相关的等待队列中；当某事件发生时，与该事件相关的一个或多个进程离开相应的等待队列，进入就绪队列. 运行队列 在单CPU系统中只有一个，在多CPU系统中每个CPU各有一个，每个队列中只有一个进程，指向运行队列头部的指针被称作运行指示字. 进程概念 进程的类型 系统进程 ——运行操作系统程序，完成操作系统的某些功能； 用户进程——运行用户程序，直接为用户服务。 特性： 并发性：与其它进程一道在宏观上同时向前推进 ； 动态性：进程是执行中的程序. 此外进程的动态性还体现在如下两个方面：首先，进程是动态产生、动态消亡的；其次，在进程的生存期内，其状态处于经常性的动态变化之中 ； 独立性：进程是调度的基本单位，它可以获得处理机并参与并发执行 ； 交往性：进程在运行过程中可能会与其它进程发生直接或间接的相互作用 ； 异步性：每个进程都以其相对独立、不可预知的速度向前推进 ； 结构性：每个进程有一个控制块PCB 。 进程间相互联系与相互作用 多道系统中同时运行的并发进程一般有多个，在逻辑上，这些进程之间可能存在某种联系，也可能相对独立 相关进程：在逻辑上具有某种联系的进程称作相关进程; 无关进程：在逻辑上没有任何联系的进程称作无关进程； 并发进程之间存在相互制约的关系，这种相互制约的关系称作进程间的相互作用. 进程间相互作用的方式有两种：即直接相互作用和间接相互作用 直接相互作用：进程之间不需要通过中间媒介而发生的相互作用，这种相互作用通常是有意识的； 间接相互作用：进程之间需要通过某种中间媒介而发生的相互作用，这种相互作用通常是无意识的。 进程的创建与撤销 进程创建 建立一个PCB，并对其内容进行初始化； 为该进程分配必要的存储空间，并加载所要执行的程序(在UNIX系统中需要通过另外一个系统调用execl实现)； 将PCB送入就绪队列。 进程撤销 完成使命的进程需要终止自己并告知操作系统，系统将对进程进行善后处理(收集进程状态信息、通知其父进程等)，之后将收回进程所占有的所有资源(打开文件、内存等)，最后撤销其PCB 。，非正常终止也将进入操作系统进行善后处理 。 线程的概念 线程（thread）是进程上下文（con