进程与线程：并发执行与资源共享

"线程是进程内的一个相对独立的可执行单元，是操作系统中的基本调度单元。线程不拥有资源，而是共享进程的资源，并可在需要时创建其他线程。" 在计算机科学中，进程和线程是操作系统核心概念。本章节主要探讨进程描述与控制，特别是线程的性质和引入进程的原因。 首先，线程被定义为进程内部的一个独立执行单元，它可以在进程的上下文中独立运行。与传统的程序不同，线程可以并发执行，这意味着多个线程可以在同一时间片内交替执行，提高了处理器的利用率和系统的并行性。操作系统将线程作为基本的调度单元，因为创建和切换线程相比创建和销毁进程更加轻量级，这使得多线程成为实现高效并发计算的常用手段。 每个进程至少包含一个线程，这个线程被称为主线程。主线程负责启动进程并执行任务。而线程并不独立拥有资源，它们共享包含它们的进程所拥有的内存、文件描述符等资源。这种资源共享机制简化了资源管理，但也引入了线程间的同步和通信问题，以防止数据竞争和不一致状态的发生。 进程的引入源于多道程序设计的需求。在单道程序环境中，程序的执行是顺序且封闭的，而在多道程序环境中，多个程序并发执行，导致程序的执行特性发生变化，封闭性和可再现性被破坏。为了描述和控制这种并发执行的行为，人们引入了进程这一动态的概念。 进程通常具有三个基本状态：运行态、就绪态和阻塞态。运行态表示进程正在CPU上执行；就绪态意味着进程准备好执行，但等待CPU分配时间片；阻塞态则表示进程因等待某个事件（如I/O操作完成）而暂停执行。进程在这些状态之间转换，由操作系统通过进程控制块（PCB）进行管理和调度。 线程和多处理器系统（SMP，Symmetric Multi-Processing）的关系紧密。在SMP中，每个处理器可以独立执行一个线程，这允许系统同时处理更多任务，提升了系统性能。然而，这也带来了协调多个处理器上的线程同步的挑战。 总结起来，线程和进程是操作系统中处理并发和资源管理的关键概念。线程提供了高效的并发执行机制，而进程则为线程提供了资源的容器和执行的上下文。理解这两个概念对于理解和设计高性能的并发应用程序至关重要。