進(jìn)程與線程
「進(jìn)程」是操作系統(tǒng)中正在運(yùn)行的程序的實(shí)例。每個(gè)進(jìn)程都有自己的內(nèi)存空間和系統(tǒng)資源，并且可以獨(dú)立地執(zhí)行指令。進(jìn)程可以包含一個(gè)或多個(gè)線程，線程是進(jìn)程中的執(zhí)行單元，負(fù)責(zé)執(zhí)行具體的任務(wù)。
在操作系統(tǒng)中，進(jìn)程是資源分配的基本單位。操作系統(tǒng)通過調(diào)度算法來管理和控制進(jìn)程的執(zhí)行順序，以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并發(fā)執(zhí)行。進(jìn)程之間可以通過進(jìn)程間通信（IPC）機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和協(xié)作。
每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)唯一的進(jìn)程標(biāo)識(shí)符（PID），用于在操作系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)和管理進(jìn)程。進(jìn)程可以處于不同的狀態(tài)，如運(yùn)行態(tài)、就緒態(tài)、阻塞態(tài)等，根據(jù)進(jìn)程的狀態(tài)和優(yōu)先級(jí)，操作系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)度和管理。
進(jìn)程的創(chuàng)建和銷毀是動(dòng)態(tài)的，可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地創(chuàng)建和銷毀進(jìn)程。進(jìn)程可以通過fork()系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建子進(jìn)程，子進(jìn)程會(huì)繼承父進(jìn)程的代碼段、數(shù)據(jù)段和堆棧等資源，然后可以通過exec()系統(tǒng)調(diào)用加載新的程序代碼。進(jìn)程可以通過exit()系統(tǒng)調(diào)用主動(dòng)終止自己，也可以被操作系統(tǒng)強(qiáng)制終止。
進(jìn)程是操作系統(tǒng)中正在運(yùn)行的程序的實(shí)例，是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位。進(jìn)程可以獨(dú)立地執(zhí)行指令，可以包含多個(gè)線程，可以通過進(jìn)程間通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和協(xié)作。進(jìn)程的創(chuàng)建和銷毀是動(dòng)態(tài)的，可以根據(jù)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。
「線程」是操作系統(tǒng)中最小的執(zhí)行單位，是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體。一個(gè)進(jìn)程可以包含多個(gè)線程，這些線程共享進(jìn)程的資源，但每個(gè)線程有自己的獨(dú)立執(zhí)行路徑。
線程可以并發(fā)執(zhí)行，可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，提高了程序的執(zhí)行效率。線程之間可以通過共享內(nèi)存進(jìn)行通信，可以共享進(jìn)程的資源，如文件句柄、全局變量等。
線程有以下特點(diǎn)：
- 線程之間的切換開銷小，執(zhí)行效率高。
- 線程之間可以共享進(jìn)程的資源，但也需要注意資源的同步和互斥問題。
- 線程之間可以并發(fā)執(zhí)行，提高了程序的響應(yīng)速度和并發(fā)性。
線程在編程中的應(yīng)用非常廣泛，可以用于并發(fā)處理、多任務(wù)處理、圖形界面等場(chǎng)景。在多核處理器上，多線程可以充分利用多核資源，提高程序的性能。
在編寫多線程程序時(shí)，需要注意線程的同步和互斥問題，避免出現(xiàn)競(jìng)態(tài)條件和死鎖等問題。常用的線程同步機(jī)制包括互斥鎖、條件變量、信號(hào)量等。
線程是操作系統(tǒng)中的最小執(zhí)行單位，可以并發(fā)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)，提高程序的執(zhí)行效率和并發(fā)性。在編程中，合理使用線程可以充分利用計(jì)算資源，提高程序的性能。
進(jìn)程優(yōu)先級(jí)
進(jìn)程優(yōu)先級(jí)是操作系統(tǒng)中用于確定進(jìn)程調(diào)度順序的一個(gè)重要概念。每個(gè)進(jìn)程都被賦予一個(gè)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)越高的進(jìn)程在競(jìng)爭(zhēng)CPU資源時(shí)被調(diào)度的概率也越高。
操作系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)來決定哪個(gè)進(jìn)程先執(zhí)行，哪個(gè)進(jìn)程后執(zhí)行。常見的進(jìn)程優(yōu)先級(jí)有以下幾種：
- 實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)：用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)，如嵌入式系統(tǒng)。實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)較高的進(jìn)程具有更高的響應(yīng)性能，能夠及時(shí)處理實(shí)時(shí)任務(wù)。
- 高優(yōu)先級(jí)：用于需要快速響應(yīng)的任務(wù)，如交互式應(yīng)用程序。高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程會(huì)被盡快調(diào)度執(zhí)行，以提供更好的用戶體驗(yàn)。
- 正常優(yōu)先級(jí)：大多數(shù)進(jìn)程都屬于正常優(yōu)先級(jí)。操作系統(tǒng)會(huì)根據(jù)調(diào)度算法來平衡正常優(yōu)先級(jí)進(jìn)程的執(zhí)行順序。
- 低優(yōu)先級(jí)：用于一些后臺(tái)任務(wù)，如系統(tǒng)維護(hù)、數(shù)據(jù)備份等。低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程會(huì)被相對(duì)較少地調(diào)度執(zhí)行，以免影響其他重要任務(wù)的執(zhí)行。
進(jìn)程優(yōu)先級(jí)的設(shè)定可以通過操作系統(tǒng)提供的調(diào)度策略進(jìn)行調(diào)整。不同的操作系統(tǒng)可能有不同的調(diào)度策略和優(yōu)先級(jí)范圍。在linux系統(tǒng)中，可以使用nice命令來調(diào)整進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)，較小的nice值表示較高的優(yōu)先級(jí)。在Android系統(tǒng)中，可通過adb直接修改某個(gè)進(jìn)程的nice值:[renice prio pid]。
進(jìn)程優(yōu)先級(jí)是操作系統(tǒng)中用于確定進(jìn)程調(diào)度順序的一種機(jī)制，通過設(shè)定不同的優(yōu)先級(jí)，可以合理分配CPU資源，提高系統(tǒng)的響應(yīng)性能和效率。
Android進(jìn)程優(yōu)先級(jí)
Android中的進(jìn)程大致可以分為以下幾種：
- 前臺(tái)進(jìn)程（Foreground Process）：這是最高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，通常是用戶當(dāng)前正在交互的應(yīng)用程序所在的進(jìn)程。前臺(tái)進(jìn)程會(huì)持有用戶界面，并且會(huì)立即響應(yīng)用戶的交互操作。
- 可見進(jìn)程（Visible Process）：可見進(jìn)程是指雖然不在前臺(tái)，但是仍然對(duì)用戶可見的進(jìn)程。例如，一個(gè)Activity被另一個(gè)Activity部分遮擋時(shí)，被遮擋的Activity所在的進(jìn)程就是可見進(jìn)程。可見進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)較高，但比前臺(tái)進(jìn)程低。
- 服務(wù)進(jìn)程（Service Process）：服務(wù)進(jìn)程是指正在運(yùn)行服務(wù)組件的進(jìn)程。服務(wù)進(jìn)程沒有用戶界面，但是在后臺(tái)執(zhí)行一些長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的任務(wù)，例如播放音樂、下載文件等。服務(wù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)較低。
- 后臺(tái)進(jìn)程（Background Process）：后臺(tái)進(jìn)程是指沒有用戶界面且不執(zhí)行任何可見組件的進(jìn)程。后臺(tái)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)較低，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)內(nèi)存使用情況來決定是否終止后臺(tái)進(jìn)程。
- 空進(jìn)程（Empty Process）：空進(jìn)程是指沒有任何活動(dòng)組件的進(jìn)程。空進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)最低，系統(tǒng)會(huì)在內(nèi)存不足時(shí)優(yōu)先終止空進(jìn)程。
在Android系統(tǒng)中，進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)調(diào)度是由系統(tǒng)自動(dòng)完成的，開發(fā)者無法直接控制。Android系統(tǒng)會(huì)根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)來進(jìn)行資源分配和管理，以保證前臺(tái)進(jìn)程和可見進(jìn)程能夠獲得更多的系統(tǒng)資源，提供更好的用戶體驗(yàn)。
Kernel調(diào)度策略
在操作系統(tǒng)中，Kernel調(diào)度策略是指操作系統(tǒng)內(nèi)核對(duì)于進(jìn)程或線程的調(diào)度方式和算法。調(diào)度策略的選擇對(duì)于系統(tǒng)的性能和響應(yīng)時(shí)間有著重要的影響。
常見的Kernel調(diào)度策略包括：
- 先來先服務(wù)（FCFS）：按照進(jìn)程或線程的到達(dá)順序進(jìn)行調(diào)度，即先到先服務(wù)。這種策略簡(jiǎn)單直觀，但可能導(dǎo)致長(zhǎng)作業(yè)等待時(shí)間過長(zhǎng)，影響系統(tǒng)的響應(yīng)性能。
- 最短作業(yè)優(yōu)先（SJF）：選擇估計(jì)運(yùn)行時(shí)間最短的進(jìn)程或線程進(jìn)行調(diào)度。這種策略可以最大程度地減少平均等待時(shí)間，但需要準(zhǔn)確估計(jì)每個(gè)進(jìn)程或線程的運(yùn)行時(shí)間。
- 優(yōu)先級(jí)調(diào)度：為每個(gè)進(jìn)程或線程分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)，根據(jù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度。優(yōu)先級(jí)可以是靜態(tài)的，也可以是動(dòng)態(tài)的。靜態(tài)優(yōu)先級(jí)由系統(tǒng)管理員或用戶指定，而動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)可以根據(jù)進(jìn)程或線程的行為和狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。
- 時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（Round Robin）：將CPU時(shí)間劃分為固定大小的時(shí)間片，每個(gè)進(jìn)程或線程按照時(shí)間片輪流使用CPU。這種策略可以保證公平性，但可能導(dǎo)致上下文切換頻繁，影響系統(tǒng)性能。
- 多級(jí)反饋隊(duì)列調(diào)度：將進(jìn)程或線程劃分為多個(gè)隊(duì)列，每個(gè)隊(duì)列具有不同的優(yōu)先級(jí)和時(shí)間片大小。進(jìn)程或線程在隊(duì)列之間進(jìn)行調(diào)度，根據(jù)優(yōu)先級(jí)和時(shí)間片大小進(jìn)行調(diào)度。這種策略可以兼顧響應(yīng)時(shí)間和吞吐量。
在Android系統(tǒng)中，采用了CFS（Completely FAIr Scheduler）調(diào)度算法作為默認(rèn)的調(diào)度策略。
CFS調(diào)度算法是一種基于紅黑樹的時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法。它通過維護(hù)一個(gè)紅黑樹來管理所有的進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程都有一個(gè)虛擬運(yùn)行時(shí)間（virtual runtime）來衡量其執(zhí)行時(shí)間。CFS調(diào)度算法的目標(biāo)是盡量保證所有進(jìn)程的公平性，即每個(gè)進(jìn)程都能夠公平地獲得CPU資源。
CFS調(diào)度算法的主要特點(diǎn)包括：
- 公平性：CFS調(diào)度算法通過動(dòng)態(tài)調(diào)整進(jìn)程的虛擬運(yùn)行時(shí)間，使得每個(gè)進(jìn)程都能夠公平地獲得CPU資源。
- 精確度：CFS調(diào)度算法使用紅黑樹來管理進(jìn)程，能夠精確地計(jì)算每個(gè)進(jìn)程的虛擬運(yùn)行時(shí)間。
- 低延遲：CFS調(diào)度算法通過使用紅黑樹來管理進(jìn)程，能夠快速地找到下一個(gè)需要執(zhí)行的進(jìn)程，從而降低調(diào)度延遲。
Android系統(tǒng)的Kernel調(diào)度策略采用了CFS調(diào)度算法，通過維護(hù)紅黑樹來管理進(jìn)程，以實(shí)現(xiàn)公平性、精確度和低延遲的目標(biāo)。
