Linux高级编程-多任务编程授课教案.pdfVIP

这一阶段的课程介绍 Linux 系统多任务处理的基本知识，并详细讲述实现多任务的两个 主要方法―――进程和线程。课程从程序、进程、线程的基本概念讲起，并介绍了它们之间 的特点和区别，之后详细讲述多任务之间通信和同步的方法。 1 程序、进程、线程及多任务 程序是一组有序的指令集合，按照既定的逻辑规则控制计算机的运行，是一个静态的概 念；进程则是程序及其数据在计算机上的一次执行，是运行着的程序，是一个动态的集合。 线程是在同一个进程内共享进程资源的程序执行单元，线程属于进程的一部分。 1.1 程序和进程 程序是为实现特定目标或解决特定问题而用计算机语言编写的命令序列的集合，是用汇 编语言、高级语言C 、C++、Java等开发编制出来的可以运行的文件，并提交给计算机进行 运算处理以实现特定的功能。 进程是一种较高层次的资源组织概念，可以将其看做是系统中的活动实体，是操作系统 进行调度和资源分配的基本单元。进程的出现最早是在 UNIX 下，用于表示多用户、多任务 的操作系统环境下基本执行单元。进程是UNIX 操作系统资源分配的最小单元。应用程序的 运行状态就是进程。 进程是应用程序的执行过程，进程掌握着操作系统运行时占用的系统资源，为正在运行 的程序提供必要的运行环境。程序是一个静态的文件，其客观存储在计算机系统的硬盘、软 盘、光盘等存储设备中，而进程则是处于动态的，由操作系统进行维护的系统资源管理实体。 总结起来，进程和线程的最大区别在于： 进程是动态的，程序是静态的。进程是有一定生命周期的，而程序本身就是指令和 指令参数的组合，无动态概念。因此程序可以长期保存，进程只能存在于一段时间。程 序是永久存在的，而进程有从被创建到消亡的过程。 一个程序可被多个进程调用执行，一个进程可以占有很多资源并执行多个程序。 1.2 进程和线程 当进程技术在广泛应用的时候，有人认为创建一个新的进程对系统的开销和代价较大， 在多进程的应用中，当有一个新的任务产生时就创建一个新进程来处理，任务结束后就销毁 进程，但若有大量任务同时并发产生时，那么创建进程和销毁进程所带来的系统资源消耗将 特别巨大，如此频繁的操作不利于系统的稳定性和可靠性。对于这种情况若由线程来处理会 好很多。 线程的概念最早在 20 世纪 60 年代提出，并在 20 世纪 80 年代得到广泛应用。线程是进 程的一个执行单元，也是进程内的可调度实体，是 CPU 调度和分派的基本单位，它是比进 程更小的能独立运行的最小执行单元。一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程， 一个线程只能属于一个进程。线程除了占用其运行所需的程序计数器、寄存器和堆栈外基本 上不占用什么系统资源，但是它可以与同属一个进程的其他线程共享进程中所拥有的全部资 源，这样使用线程便可以大大降低系统资源的消耗，提高任务的处理速度和切换速度。总结 起来，与进程相比，线程有着如下的优点： 在同一进程内的线程共享该进程内所有的资源，线程创建时无须复制这些资源，创 建、销毁、切换速度快，内存、资源占用小。 因在同一进程内的所有线程地址空间和系统资源共享，使得像内存、变量等资源在 多个线程之间可以通过简单的办法实现共享，这比多进程之间资源共享要简单方便的 多。 线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。在交互式程序中使用多 线程能很好地改善操作的响应时间。 线程较进程除了上述优点外也存在一些不足，线程的编程、调试复杂，可靠性较差，同 一进程内的线程之间因为资源共享，所以在编程的时候就要考虑到共享资源的互斥和锁问 题，因此编程和调试的难度较大。而进程之间不共享数据，没有锁问题，结构简单，一个进 程崩溃不像线程那样影响全局，因此比较可靠，代码调试也较为简单。 1.3 多任务处理 随着 IT 技术的发展，无论是桌面产品还是便携式产品，人们对产品的性能和功能要求 越来越高，用户已经不能忍受产品每次只能运行一个任务，例如我们平时使用 PC 机，通常 是一边听着歌，同时下载着电影，一边还聊着 QQ、看着电影，这本身就是多任务在同时工 作，用户对产品的多任务并发处理能力的需求正逐渐提高。 当操作系统使用某种调度策略允许两个或更多的进程（线程）并发执行特定的任务就可 以被称作多任务运行。事实上，在同一时刻一个 CPU 单元是不能同时处理多个任务的，肯 定是按照一定的顺序依次执行或切换执行，但是被执行的任务之间切换速度很快，让用户察 觉不到，给