《进程与线程》课件

《进程与线程》ppt课件进程概念线程概念进程与线程的区别与联系进程间通信线程同步机制进程与线程的应用场景contents目录01进程概念进程是程序的一次执行，是系统进行资源分配和调度的基本单位。进程具有动态性、独立性和制约性。进程的状态信息保存在进程控制块PCB中。进程定义进程状态进程已获得除CPU外的所有必要资源，等待分配CPU。进程占用CPU，执行其程序。进程等待某个条件成立，暂时无法继续执行。进程执行完毕或异常结束。就绪状态执行状态阻塞状态终止状态进程切换发生在一个进程从运行状态退出并交出CPU，然后其他进程获得CPU并开始运行。进程切换涉及到保存和恢复进程的上下文信息，包括CPU寄存器、内存、文件描述符等。进程切换可能会引起较大的开销，因此需要合理地调度和管理进程，以减少不必要的进程切换。进程切换02线程概念线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源（如程序计数器，一组寄存器和栈）。一个进程可以有一个或多个线程，各个线程之间共享进程的资源。线程是程序执行流的最小单元，是程序中单一的顺序控制流程。线程定义就绪状态阻塞状态运行状态终止状态线程状态01020304线程已经获得除CPU外的所有必要资源，等待被调度执行。线程正在等待某个条件成立或被其他线程通知时所处的状态。线程正在执行，占用CPU。线程执行完毕或异常结束。同一时刻只允许一个线程访问共享资源。互斥通过某种机制使多个线程协同工作。协作两个或多个线程永远阻塞，互相等待对方释放资源。死锁一个或多个线程因等待其他线程释放资源而无限等待。饥饿线程同步03进程与线程的区别与联系进程和线程在资源占用方面存在显著差异。进程是系统分配资源的基本单位，拥有独立的内存空间和系统资源，如内存、文件句柄等。线程则共享进程的资源，多个线程之间共享代码段、数据等资源，因此线程的创建、切换和销毁的开销通常比进程小。资源占用进程和线程在执行方式上有所不同。进程是独立执行的，拥有自己的地址空间和系统资源，通过进程间通信（IPC）来进行数据交换。线程则是在进程内部共享进程的资源，同一进程的多个线程之间可以直接读写共享内存，通过共享内存进行通信，因此线程间通信更加高效。执行方式系统开销方面，进程和线程也有所不同。由于进程拥有独立的内存空间和系统资源，因此切换进程时需要保存和恢复较多的上下文信息，如内存空间、寄存器等，导致进程切换的开销较大。而线程切换时只需保存和恢复线程上下文信息，因此线程切换的开销相对较小。此外，创建进程的开销也比创建线程大，因为需要分配独立的内存空间和系统资源。系统开销04进程间通信总结词共享内存是一种进程间通信方式，通过共享一段内存空间来实现不同进程之间的数据交换。详细描述在共享内存中，多个进程可以访问同一块物理内存空间，通过读写该共享内存来实现数据交换。这种方式具有较高的数据传输速率，但需要解决并发访问和数据同步的问题。共享内存消息传递是一种进程间通信方式，通过发送和接收消息来实现不同进程之间的数据交换。总结词在消息传递中，进程通过发送和接收消息来进行通信。消息可以包含任意类型的数据，如整数、字符串或自定义数据结构。这种方式具有较好的灵活性和可靠性，但可能存在性能瓶颈。详细描述消息传递管道通信管道通信是一种进程间通信方式，通过一个管道作为中介来实现不同进程之间的数据交换。总结词在管道通信中，进程通过管道进行数据的读写操作。管道可以看作是一个先进先出的队列，数据在其中按照顺序流动。这种方式具有简单易用的特点，但可能存在阻塞和数据量限制的问题。详细描述05线程同步机制

互斥锁互斥锁（Mutex）是一种常用的线程同步机制，用于防止多个线程同时访问共享资源，从而避免数据不一致和冲突。当一个线程获取了互斥锁后，其他线程就不能再获取该锁，直到该线程释放锁。互斥锁可以保证共享资源的互斥访问，但也可能导致死锁和性能问题。条件变量（ConditionVariable）用于实现线程间的条件等待和通知机制。当一个线程需要等待某个条件成立时，它可以调用条件变量的wait()函数，将自己挂起，并将条件变量的引用传递给其他线程。当其他线程修改了共享资源并调用条件变量的notify()或broadcast()函数时，等待的线程将被唤醒并继续执行。条件变量读写锁（Read-WriteLock）是一种特殊的同步机制，用于多线程读写共享资源的情况。当一个线程获得排他锁时，其他线程无法访问共享资源；当多个线程只读共享资源时，它们可以同时获得共享锁。读写锁分为共享锁和排他锁，多个线程可以同时获得共享锁，但只有一个线程可以获得排他锁。读写锁可以提高并发性能，但也需要考虑死锁和公平性问题。读写锁06进程与线程的应用场景多个进程可以同时运行，提高系统资源的利用率。进程间相互独立，互不干扰，提高了系统的稳定性和可靠性。进程间通信机制可以协调多个进程之间的任务分配和数据交换。多任务处理并行计算可以利用多核处理器或多台计算机的资源，加快计算速度。并行计算广泛应用于科学计算、工程模拟、大数据处理等领域。线程可以同时执行，充分利用处理器资源，提高计算效率。并行计算网络通信需要处理多个连接和