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2009-04-26 16:10:38

提 起程序这个概念,大家再也熟悉不过了,程序与进程概念是不可分的。程序是为了完成某项任务编排的语句序列,它告诉计算机如何执行,因此程序是需要运行的。 程序运行过程中需要占有计算机的各种资源才能运行下去。如果任一时刻,系统中只有一道程序,即单道程序系统,程序则在整个运行过程中独占计算机全部资源, 整个程序运行的过程就非常简单了,管理起来也非常容易。就象整个一套房子住了一个人,他想看电视就看电视,想去卫生间就去卫生间,没人和他抢占资源。但为 了提高资源利用率和系统处理能力,现代计算机系统都是多道程序系统,即多道程序并发执行。程序的并发执行带来了一些新的问题,如资源的共享与竞争,它会改 变程序的执行速度。就象多个人同时住一套房子,当你想去卫生间的时候,如果此时卫生间里有人,你就得等待,影响了你的生活节奏。如果程序执行速度不当,就 会导致程序的执行结果失去封闭性和可再现性,这是我们不希望看到的。因此应该采取措施来制约、控制各并发程序段的执行速度。由于程序是静态的,我们看到的 程序是存储在存储介质上的,它无法反映出程序执行过程中的动态特性,而且程序在执行过程中是不断申请资源,程序作为共享资源的基本单位是不合适的,所以需 要引入一个概念,它能描述程序的执行过程而且可以作为共享资源的基本单位,这个概念就是进程。

进程的生命周期

进 程和人一样是有生命的,从诞生到死亡要经历若干个阶段。一般说来进程有三种状态:就绪、执行、等待。由多种原因可以导致创建一个进程,例如一个程序从外存 调入内存开始执行,操作系统就要为其创建进程,当然还可以有其它原因,如一个应用进程为完成一个特殊的任务,可以自己创建一个子进程。进程被创建后就是在 内存中,处于就绪状态,所谓就绪状态就是具备除了CPU之外的所有资源,万事具备,只欠东风,一旦占有了CPU,就变成了执行状态,执行中如果需要等待外围设备输入数据,则进程就沦落为等待状态,操作系统又会从就绪状态队列中调度一个进程占有CPU。等到数据到来后,等待状态的进程又被唤醒成为就绪状态。这些状态的转换是通过进程控制原语实现的。程序的运行是通过进程体现的,操作系统对进程进行管理和控制,那么操作系统怎么了解到进程的状态呢,怎么把资源分配给进程呢,而且进程做状态转换时CPU现场保存在那呢?这要说到PCB(进程控制快)。PCB是进程的唯一标志,在其中记录了进程的全部信息,它是一种记录型的数据结构,相当于进程的档案。操作系统就通过PCB感知进程的存在,通过PCB了解进程和控制进程的运行。PCB也是放在内存中的,如果PCB太大,有些系统把PCB中一些不重要的信息放在外存中。

进程执行速度的制约

并 发进程由于共享系统内部资源,因此导致进程执行速度上的制约,这种制约分为:间接制约与直接制约。间接制约引起进程之间的互斥执行,直接制约引起进程间的 同步执行。例如一个家里如果只有一个卫生间,卫生间这个公有资源使得每个人只能互斥使用它,这就是间接制约。而直接制约是指并发进程各自执行的结果互为对 方的执行条件,例如司机与售票员的关系,当司机到站停车后,售票员才能开门,而只有售票员关门后,司机才能开车,他们之间是同步的。进程的互斥与同步可以 很好的通过信号量和PV原语来实现。通过读一些同步与互斥的例子,你会体会到PV原语的精妙,也会感到一种乐趣。并发进程的资源竞争不当还会导致死锁现象。

        从单进程单线程到多进程多线程是操作系统发展的一种必然趋势,当年的DOS系统属于单任务操作系统,最优秀的程序员也只能通过驻留内存的方式实现所谓的"",而如今的Win32操作系统却可以一边听音乐,一边编程,一边打印文档。

  理解多线程及其同步、互斥等通信方式是理解现代操作系统的关键一环,当我们精通了Win32多线程程序设计后,理解和学习其它操作系统的多任务控制也非常容易。许多程序员从来没有学习过嵌入式系统领域著名的操作系统VxWorks,但是立马就能在上面做开发,大概要归功于平时在Win32多线程上下的功夫

  因此,学习Win32多线程不仅对理解Win32本身有重要意义,而且对学习和领会其它操作系统也有触类旁通的作用。

  进程与线程

  先阐述一下进程和线程的概念和区别,这是一个许多大学老师也讲不清楚的问题。

  进程(Process)是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。程序只是一组指令的有序集合,它本身没有任何运行的含义,只是一个静态实体。而进程则不同,它是程序在某个数据集上的执行,是一个动态实体。它因创建而产生,因调度而运行,因等待资源或事件而被处于等待状态,因完成任务而被撤消,反映了一个程序在一定的数据集上运行的全部动态过程。

  线程(Thread)是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位。线程不能够独立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程执行控制。

  线程和进程的关系是:线程是属于进程的,线程运行在进程空间内,同一进程所产生的线程共享同一内存空间,当进程退出时该进程所产生的线程都会被强制退 出并清除。线程可与属于同一进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源,但是其本身基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的信息(如程序计数 器、一组寄存器和栈)。

  根据进程与线程的设置,操作系统大致分为如下类型:

  (1)单进程、单线程,MS-DOS大致是这种操作系统;

  (2)多进程、单线程,多数UNIX(及类UNIX的LINUX)是这种操作系统;

  (3)多进程、多线程,Win32(Windows NT/2000/XP等)、Solaris 2.x和OS/2都是这种操作系统;

  (4)单进程、多线程,VxWorks是这种操作系统。

  在操作系统中引入线程带来的主要好处是:

  (1)在进程内创建、终止线程比创建、终止进程要快;

  (2)同一进程内的线程间切换比进程间的切换要快,尤其是用户级线程间的切换。另外,线程的出现还因为以下几个原因:

  (1)并发程序的并发执行,在多处理环境下更为有效。一个并发程序可以建立一个进程,而这个并发程序中的若干并发程序段就可以分别建立若干线程,使这些线程在不同的处理机上执行。

  (2)每个进程具有独立的地址空间,而该进程内的所有线程共享该地址空间。这样可以解决父子进程模型中,子进程必须复制父进程地址空间的问题。

  (3)线程对解决客户/服务器模型非常有效。



//  Win32进程

  1、进程间通信()

  Win32进程间通信的方式主要有:

  (1)剪贴板(Clip Board);

  (2)动态数据交换(Dynamic Data Exchange);

  (3)部件对象模型(Component Model);

  (4)文件映射(File Mapping);

  (5)邮件槽(Mail Slots);

  (6)管道(Pipes);

  (7)Win32套接字();

  (8)远程过程调用(Remote Procedure Call);

  (9)WM_COPYDATA消息(WM_COPYDATA Message)。

  2、获取进程信息

  在WIN32中,可使用在PSAPI .DLL中提供的Process status Helper函数帮助我们获取进程信息。

  (1)EnumProcesses()函数可以获取进程的ID,其原型为:

BOOL EnumProcesses(DWORD * lpidProcess, DWORD cb, DWORD*cbNeeded);

  参数lpidProcess:一个足够大的DWORD类型的数组,用于存放进程的ID值;

  参数cb:存放进程ID值的数组的最大长度,是一个DWORD类型的数据;

  参数cbNeeded:指向一个DWORD类型数据的指针,用于返回进程的数目;

  函数返回值:如果调用成功,返回TRUE,同时将所有进程的ID值存放在lpidProcess参数所指向的数组中,进程个数存放在cbNeeded参数所指向的变量中;如果调用失败,返回FALSE。

  (2)GetModuleFileNameExA()函数可以实现通过进程句柄获取进程文件名,其原型为:

DWORD GetModuleFileNameExA(HANDLE hProcess, HMODULE hModule,LPTSTR lpstrFileName, DWORD nsize);

  参数hProcess:接受进程句柄的参数,是HANDLE类型的变量;

  参数hModule:指针型参数,在本文的程序中取值为NULL;

  参数lpstrFileName:LPTSTR类型的指针,用于接受主调函数传递来的用于存放进程名的字符数组指针;

  参数nsize:lpstrFileName所指数组的长度;

  函数返回值:如果调用成功,返回一个大于0的DWORD类型的数据,同时将hProcess所对应的进程名存放在lpstrFileName参数所指向的数组中;加果调用失败,则返回0。

  通过下列代码就可以遍历系统中的进程,获得进程列表:

//获取当前进程总数
EnumProcesses(process_, sizeof(process_ids), &num_processes);
//遍历进程
for (int i = 0; i < num_processes; i++)
{
 //根据进程ID获取句柄
 process[i] = OpenProcess(PROCESS_QUERY_INFORMATION | PROCESS_VM_READ, 0,
 process_ids[i]);
 //通过句柄获取进程文件名
 if (GetModuleFileNameExA(process[i], NULL, File_name, sizeof(fileName)))
  cout << fileName << endl;
}
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