一、進(jìn)程的定義

進(jìn)程：指在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，它是由一組機(jī)器指令、數(shù)據(jù)和堆棧等組成的，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的活動(dòng)實(shí)體。

進(jìn)程一般有三個(gè)狀態(tài)：就緒狀態(tài)、執(zhí)行狀態(tài)和等待狀態(tài)【或稱阻塞狀態(tài)】；進(jìn)程只能由父進(jìn)程建立，系統(tǒng)中所有的進(jìn)程形成一種進(jìn)程樹的層次體系；掛起命令可由進(jìn)程自己和其他進(jìn)程發(fā)出，但是解除掛起命令只能由其他進(jìn)程發(fā)出。

進(jìn)程控制塊（PCB）：PCB不但可以記錄進(jìn)程的屬性信息，以便操作系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程進(jìn)行控制和管理，而且PCB標(biāo)志著進(jìn)程的存在，操作系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)中是否有該進(jìn)程的進(jìn)程控制塊PCB而知道該進(jìn)程存在與否。系統(tǒng)建立進(jìn)程的同時(shí)就建立該進(jìn)程的PCB，在撤銷一個(gè)進(jìn)程時(shí)，也就撤銷其PCB，故進(jìn)程的PCB對(duì)進(jìn)程來說是它存在的具體的物理標(biāo)志和體現(xiàn)。一般PCB包括以下三類信息：進(jìn)程標(biāo)識(shí)信息；處理器狀態(tài)信息；進(jìn)程控制信息。

由程序段、相關(guān)的數(shù)據(jù)段和PCB三部分構(gòu)成了進(jìn)程實(shí)體（又稱進(jìn)程印像），一般，我們把進(jìn)程實(shí)體就簡(jiǎn)稱為進(jìn)程。

進(jìn)程的特征：

1.動(dòng)態(tài)性：進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是程序的一次執(zhí)行過程，進(jìn)程是動(dòng)態(tài)產(chǎn)生，動(dòng)態(tài)消亡的。
2.并發(fā)性：任何進(jìn)程都可以同其他進(jìn)程一起并發(fā)執(zhí)行。
3.獨(dú)立性：進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，同時(shí)也是系統(tǒng)分配資源和調(diào)度的獨(dú)立單位。
4.異步性：由于進(jìn)程間的相互制約，使進(jìn)程具有執(zhí)行的間斷性，即進(jìn)程按各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。

二、線程的定義

線程：線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，作為系統(tǒng)調(diào)度和分派的基本單位。

線程的性質(zhì)：

1.線程是進(jìn)程內(nèi)的一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的可執(zhí)行的單元。若把進(jìn)程稱為任務(wù)的話，那么線程則是應(yīng)用中的一個(gè)子任務(wù)的執(zhí)行。
2.由于線程是被調(diào)度的基本單元，而進(jìn)程不是調(diào)度單元。所以，每個(gè)進(jìn)程在創(chuàng)建時(shí)，至少需要同時(shí)為該進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)線程。即進(jìn)程中至少要有一個(gè)或一個(gè)以上的線程，否則該進(jìn)程無法被調(diào)度執(zhí)行。
3.進(jìn)程是被分給并擁有資源的基本單元。同一進(jìn)程內(nèi)的多個(gè)線程共享該進(jìn)程的資源，但線程并不擁有資源，只是使用他們。
4.線程是操作系統(tǒng)中基本調(diào)度單元，因此線程中應(yīng)包含有調(diào)度所需要的必要信息，且在生命周期中有狀態(tài)的變化。
5.由于共享資源【包括數(shù)據(jù)和文件】，所以線程間需要通信和同步機(jī)制，且需要時(shí)線程可以創(chuàng)建其他線程，但線程間不存在父子關(guān)系。

多線程使用的情形：

前臺(tái)和后臺(tái)工作情況；

異步處理工作情況；

需要加快執(zhí)行速度情況；

組織復(fù)雜工作的情況；

同時(shí)有多個(gè)用戶服務(wù)請(qǐng)求的情況等。
 
線程機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)：

多線程運(yùn)行在同一個(gè)進(jìn)程的相同的地址空間內(nèi)，和采用多進(jìn)程相比有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.創(chuàng)建和撤銷線程的開銷較之進(jìn)程要少。創(chuàng)建線程時(shí)只需要建立線程控制表相應(yīng)的表目，或有關(guān)隊(duì)列，而創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)，要?jiǎng)?chuàng)建PCB表和初始化，進(jìn)入有關(guān)進(jìn)程隊(duì)列，建立它的地址空間和所需資源等。
2.CPU在線程之間開關(guān)時(shí)的開銷遠(yuǎn)比進(jìn)程要少得多。因開關(guān)線程都在同一地址空間內(nèi)，只需要修改線程控制表或隊(duì)列，不涉及地址空間和其他工作。
3.線程機(jī)制也增加了通訊的有效性。進(jìn)程間的通訊往往要求內(nèi)核的參與，以提供通訊機(jī)制和保護(hù)機(jī)制，而線程間的通訊是在同一進(jìn)程的地址空間內(nèi)，共享主存和文件，無需內(nèi)核參與。

三、進(jìn)程與線程之間的關(guān)系

從一定意義上講，進(jìn)程就是一個(gè)應(yīng)用程序在處理機(jī)上的一次執(zhí)行過程，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，而線程是進(jìn)程中的一部分，進(jìn)程包含多個(gè)線程在運(yùn)行。

        在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，CPU調(diào)度和分派的基本單位是進(jìn)程。而在引入線程的操作系統(tǒng)中，則把線程作為CPU調(diào)度和分派的基本單位，進(jìn)程則作為資源擁有的基本單位，從而使傳統(tǒng)進(jìn)程的兩個(gè)屬性分開，線程編程輕裝運(yùn)行，這樣可以顯著地提高系統(tǒng)的并發(fā)性。同一進(jìn)程中線程的切換不會(huì)引起進(jìn)程切換，從而避免了昂貴的系統(tǒng)調(diào)用，但是在由一個(gè)進(jìn)程中的線程切換到另一進(jìn)程中的線程，依然會(huì)引起進(jìn)程切換。
 
2、并發(fā)性：
      在引入線程的操作系統(tǒng)中，不僅進(jìn)程之間可以并發(fā)執(zhí)行，而且在一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間也可以并發(fā)執(zhí)行，因而使操作系統(tǒng)具有更好的并發(fā)性，從而更有效地提高系統(tǒng)資源和系統(tǒng)的吞吐量。例如，在一個(gè)為引入線程的單CPU操作系統(tǒng)中，若僅設(shè)置一個(gè)文件服務(wù)進(jìn)程，當(dāng)它由于某種原因被封鎖時(shí)，便沒有其他的文件服務(wù)進(jìn)程來提供服務(wù)。在引入線程的操作系統(tǒng)中，可以在一個(gè)文件服務(wù)進(jìn)程設(shè)置多個(gè)服務(wù)線程。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)線程等待時(shí)，文件服務(wù)進(jìn)程中的第二個(gè)線程可以繼續(xù)運(yùn)行；當(dāng)?shù)诙€(gè)線程封鎖時(shí)，第三個(gè)線程可以繼續(xù)執(zhí)行，從而顯著地提高了文件服務(wù)的質(zhì)量以及系統(tǒng)的吞吐量。

3、擁有資源：
      不論是引入了線程的操作系統(tǒng)，還是傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)，進(jìn)程都是擁有系統(tǒng)資源的一個(gè)獨(dú)立單位，他可以擁有自己的資源。一般地說，線程自己不能擁有資源（也有一點(diǎn)必不可少的資源），但它可以訪問其隸屬進(jìn)程的資源，亦即一個(gè)進(jìn)程的代碼段、數(shù)據(jù)段以及系統(tǒng)資源（如已打開的文件、I/O設(shè)備等），可供同一個(gè)進(jìn)程的其他所有線程共享。

4、獨(dú)立性：
        在同一進(jìn)程中的不同線程之間的獨(dú)立性要比不同進(jìn)程之間的獨(dú)立性低得多。這是因?yàn)?/span>為了防止進(jìn)程之間彼此干擾和破壞，每個(gè)進(jìn)程都擁有一個(gè)獨(dú)立的地址空間和其它資源，除了共享全局變量外，不允許其它進(jìn)程的訪問。但是同一進(jìn)程中的不同線程往往是為了提高并發(fā)性以及進(jìn)行相互之間的合作而創(chuàng)建的，它們共享進(jìn)程的內(nèi)存地址空間和資源，如每個(gè)線程都可以訪問它們所屬進(jìn)程地址空間中的所有地址，如一個(gè)線程的堆?？梢员黄渌€程讀、寫，甚至完全清除。 

5、系統(tǒng)開銷：

       由于在創(chuàng)建或撤銷進(jìn)程時(shí)，系統(tǒng)都要為之分配或回收資源，如內(nèi)存空間、I/O設(shè)備等。因此，操作系統(tǒng)為此所付出的開銷將顯著地大于在創(chuàng)建或撤消線程時(shí)的開銷。在進(jìn)程切換時(shí)，涉及到整個(gè)當(dāng)前進(jìn)程CPU環(huán)境的保存環(huán)境的設(shè)置以及新被調(diào)度運(yùn)行的CPU環(huán)境的設(shè)置，而線程切換只需保存和設(shè)置少量的寄存器的內(nèi)容，并不涉及存儲(chǔ)器管理方面的操作，可見，進(jìn)程切換的開銷也遠(yuǎn)大于線程切換的開銷。此外，由于同一進(jìn)程中的多個(gè)線程具有相同的地址空間，致使他們之間的同步和通信的實(shí)現(xiàn)也變得比較容易。在有的系統(tǒng)中，現(xiàn)成的切換、同步、和通信都無需操作系統(tǒng)內(nèi)核的干預(yù)。

6、支持多處理機(jī)系統(tǒng)：

       在多處理機(jī)系統(tǒng)中，對(duì)于傳統(tǒng)的進(jìn)程，即單線程進(jìn)程，不管有多少處理機(jī)，該進(jìn)程只能運(yùn)行在一個(gè)處理機(jī)上。但對(duì)于多線程進(jìn)程，就可以將一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程分配到多個(gè)處理機(jī)上，使它們并行執(zhí)行，這無疑將加速進(jìn)程的完成。因此，現(xiàn)代處理機(jī)OS都無一例外地引入了多線程。