1. 程序和进程的区别
首先来看一个故事：
A平时因为工作忙，都是在公司食堂吃或者吃外卖。但是突然有一天下班突然心血来潮想自己做饭，于是A来到超市购物，他买了一些食材准备做一份西红柿炒鸡蛋。回到家后，A拿了出放在书架最深处的一本《家常菜食谱大全》，照着上面的方法，他就开始准备做菜了：首先先把西红柿洗干净切块，鸡蛋搅拌成蛋液，开锅热油........终于在A的不屑努力之下，一份色香味俱全的西红柿炒鸡蛋就完成了。在上述故事中，我们可以抽象出一个简单的计算处理模型：
- 【程序】就是那本食谱（存储在书架上，一种物理存在，用特定的描述形式阐述做菜的过程和方法）
注：
著名计算机科学家Niklaus Wirth提出了：程序 = 数据结构 + 算法
将食谱看成程序，它就是用图文并茂地形式（数据结构）生动地向读者展示各个菜的做法（算法） - 【进程】就是做菜的这一系列活动（动态进行的），包括了洗菜、切菜、炒菜等等
- 【CPU】就是A本人，他是所有操作的执行者
- 【数据】就是西红柿炒鸡蛋的各种原材料，包括了西红柿、鸡蛋...（将一系列数据经由CPU处理变成不同的数据）
进程有三个状态，分别是：
- 运行态【running】（actually using the CPU at that instant）
- 就绪态【ready】（runnable; temporarily stopped to let another process run）
- 阻塞态【blocked】（unable to run until some external event happens）
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从上图中，我们可以很清楚地看到三种状态之间的转化过程：
- 当发生IO操作时，当前进程就会被阻塞直到IO操作完成
- 当调度器中断当前进程转而执行另一进程，原进程就会处于就绪状态
- 当调度器选择该进程，便会从就绪态转为运行态，享用CPU资源
- 当IO完成后，被阻塞的进程就会转为就绪态，等待操作系统的调度
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- 正在执行的进程P0由于终端或者系统调用将cpu的使用权交还给os
- os保存P0的PCB信息，并重新从内存中载入P1进程的pcb内容，并执行P1
- P1执行后，由中断或者系统调用由交还使用权给os（调度器scheduler / 调度者scheduler）
- 再回过头来执行P0（载入P0的PCB信息）
即便现代计算机正在逐渐降低上下文切换所占用的CPU时间，但那也仅是在CPU时钟周期降低，处理速度加快的情况下，而不是提升了上下文切换的效率
3. 为什么要引入线程的概念？ 既然我们已经有了进程，那么为什么计算机科学家还要搞出一个线程的概念呢？
- 在系统中多应用将同时进行，经常会不断切换状态，通过将一个进程切分成多个线程，达到准并行【quasi-parallel】，程序模型将更简单（这些线程共享地址空间和数据资源，这些能力正是多进程无法做到的（地址空间不同））
- 更加轻量级。比起进程，更加容易（快速）创建和销毁（在一些系统中，比进程创建快10-100倍）
- 性能表现更好。当有大量计算和I/O处理时，线程有能力让这些活动交叠，提升程序的速度
- 对多核处理器更有用。
由于进程是资源的拥有者，所以在创建、撤销、切换操作中需要较大的时空开销，限制了并发程度的进一步提高。
为减少进程切换的开销，把进程作为资源分配单位和调度单位这两个属性分开处理，即进程还是作为资源分配的基本单位，但是不作为调度的基本单位（很少调度或切换），把调度执行与切换的责任交给“线程”。
这样做的好处不但可以提高系统的并发度，还能适应新的对称多处理机（SMP）环境的运行，充分发挥其性能
3.1 线程的一些缺陷 线程虽然运行速度很快，但并不是十分完美的
主要是在安全性方面的问题：我们知道，进程内的各个线程之间是共享数据和地址空间的，如果其中一个线程出现了错误（比如错误改写了某个变量），其他线程也会跟着出现问题，导致最终整个进程的错误
因此，我们说现在对于进程和线程的使用也是分场合的，不是一味的追求线程：
- 在高性能计算领域（如天气预报、水利、空气动力学等等），这一类需要追求高性能计算，同时程序并不容易出错，就适合使用线程
- 而例如浏览器这种应用，由于浏览器页面的操作由用户执行，有时候会考量到数据安全，因此推荐使用进程，一个进程打开一个网页
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在用户空间建立线程库，提供一组管理线程的过程由
运行时系统【run-time system】来完成线程的管理工作
内核管理的还是进程，内核不知道线程的存在
线程切换不需要陷入内核
如Unix、Linux
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 切换速度快 | 一进程只有一个线程运行在处理器上 |
| 调度算法可以有应用程序设定 | 若一个进程的某个线程调用了阻塞的系统调用，那么该进程的所有线程也将会被阻塞，页面失效也会有同样的问题 |
| 用户级线程可以运行在任何操作系统，包括不支持线程操作系统 |
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内核管理所有的线程管理，创建，撤销与调度**，并向应用程序提供API
内核维护进程和线程上下文
线程的切换需要内核支持
以线程为基础进行调度
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 由内核调度，当有多个处理器时，一个进程的多个线程可以在多个处理器上同时执行 | 由内核进行创建，撤销，调度，系统开销更大 |
| 一个进程的某个线程阻塞不会引起其他线程的阻塞，页面失效同理 |
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线程创建在——用户空间
线程调度在——内核空间
4. 进程和线程之间拥有资源的关系？ 【进程】是资源分配的单位——————【线程】是CPU调度的单位
线程 又称为“轻量级进程”【lightweight processes】
它（同一进程的所有线程）共享进程的地址空间，同时还有自己特有的一些信息：
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每个线程共享进程的信息如上图左侧所示
但，每个线程也有自己专属的 PC、寄存器、栈、状态信息
（因为每个线程可能去调用不同的步骤，
【程序、进程和线程的概念】因此线程之间都有各自的栈、PC、寄存器，这样防止执行时发生异常）
【注】
- 进程内的多个线程是共存的
- 相互将信息共享，甚至一个线程创建删除另一个线程都是可能的
- 虽然进程之间有上下级关系，但线程间没有（所有线程是平等的）
《Operating Systems》
操作系统_清华大学(向勇、陈渝)
