RTOS入門之掃盲篇-理解任務(wù)、線程、進(jìn)程的概念

在我們實(shí)際開發(fā)或者構(gòu)思項(xiàng)目的過程中，會(huì)根據(jù)產(chǎn)品的定義或者客戶需求對(duì)產(chǎn)品的功能上進(jìn)行分解從而轉(zhuǎn)換成我們軟件的開發(fā)的概要設(shè)計(jì)需求表現(xiàn)，比如我們需要做一個(gè)多路可調(diào)的電源輸出并且可以通過 PC 端控制電源的當(dāng)前輸出以及實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的輸出電壓和電流，但是接上負(fù)載之后可能由于線阻問題可能會(huì)導(dǎo)致負(fù)載端的電壓低于實(shí)際輸出端的電壓，所以還需要一個(gè)負(fù)載端(遠(yuǎn)端)的電壓補(bǔ)償功能，如下圖1所示：

1.1 任務(wù)定義
在上述圖 1 和圖 2 的設(shè)計(jì)模塊的功能圖和功能關(guān)系圖之后，此時(shí)我們可以通過上述圖能發(fā)現(xiàn)哪些功能或者說(shuō)模塊需要設(shè)計(jì)的，其實(shí)這里的“多通道電源控制”就是我們的“任務(wù)”?，F(xiàn)在我們把這個(gè)大的任務(wù)已經(jīng)分解開上述圖 1 所示的 5 個(gè)小功能，這個(gè) 5 個(gè)小的功能咱們也可以稱之為任務(wù)。

1.2 觀察者角度
所以這里我們軟件上對(duì)“ 任務(wù)” 的理解，其實(shí)它是我們對(duì)所要做的一件事情從某種角度上的抽象出來(lái)的一功能或者一個(gè)執(zhí)行活動(dòng)。 這里面為什么是從某種角度呢？這個(gè)很好理解，就是通常我們看到一個(gè)事情可以有很多方面去觀察的，比如事物的功能去劃分觀察，又或者是對(duì)事物的顏色或者活動(dòng)狀態(tài)去劃分。所以在我們軟件開發(fā)過程中“某種角度”也就是說(shuō)觀察者的觀察方向很重要，因?yàn)樗苯拥挠绊懙搅宋覀兊能浖K劃分以及后續(xù)針對(duì)這個(gè)模塊進(jìn)行線程或者進(jìn)程的執(zhí)行有著直接影響。

1.3 操作系統(tǒng)的調(diào)度
這里面我們不得不說(shuō)些關(guān)于操作系統(tǒng)的調(diào)度這個(gè)概念了， 當(dāng)有一堆任務(wù)需要被處理，但由于資源有限，比如說(shuō)只有一臺(tái)打印機(jī)，現(xiàn)在有很多人都需要打印各自的文檔那怎么辦呢？現(xiàn)在的資源(打印機(jī))只有一個(gè)，但任務(wù)(很多人需要打印)比較多。 這就需要確定某種規(guī)則來(lái)決定處理這些任務(wù)，這就是調(diào)度要做的事情了。 現(xiàn)在回到我們的 CPU 上，就拿現(xiàn)在的單核 CPU， CPU 在同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)只能做一件事情，那它是如何處理多件不同的事情呢？ 這里一般情況分為搶占式和時(shí)間片式的調(diào)度方式，當(dāng)然還有很多其它的調(diào)度算法，咱們只是
了解即可。

1.4 線程
線程則是某一進(jìn)程中一路單獨(dú)運(yùn)行的程序。也就是說(shuō),線程存在于進(jìn)程之中。一個(gè)進(jìn)程由一個(gè)或多個(gè)線程構(gòu)成,各線程共享相同的代碼和全局?jǐn)?shù)據(jù),但各有其自己的堆棧。由于堆棧是每個(gè)線程一個(gè),所以局部變量對(duì)每一線程來(lái)說(shuō)是私有的。由于所有線程共享同樣的代碼和全局?jǐn)?shù)據(jù),它們比進(jìn)程更緊密,比單獨(dú)的進(jìn)程間更趨向于相互作用,線程間的相互作用更容易些,因?yàn)樗鼈儽旧砭陀心承┕?a target="_blank">通信用的共享內(nèi)存：進(jìn)程的全局?jǐn)?shù)據(jù)。線程是進(jìn)程中執(zhí)行運(yùn)算的最小單位，亦即執(zhí)行處理機(jī)調(diào)度的基本單位。 如果把進(jìn)程理解為在邏輯上操作系統(tǒng)所完成的任務(wù)，那么線程表示完成該任務(wù)的許多可能的子任務(wù)之一。 還是列舉上述圖 1 的例子“多通道電源控制”項(xiàng)目。這里面的“多通道電源控制”的這個(gè)大任務(wù)，如果把它當(dāng)作一個(gè)進(jìn)程的話，那么它下面 5 個(gè)小任務(wù)就可以理解為我們的線程(子任務(wù))。線程可以在處理器上獨(dú)立調(diào)度執(zhí)行，這樣，在多處理器環(huán)境下就允許幾個(gè)線程各自在單獨(dú)處理器上進(jìn)行。操作系統(tǒng)提供線程就是為了方便而有效地實(shí)現(xiàn)這種并發(fā)性，當(dāng)然在單處理器上的線程，其實(shí)從宏觀角度來(lái)看也是并行執(zhí)行的。

1.5 進(jìn)程
進(jìn)程是表示資源分配的基本單位，又是調(diào)度運(yùn)行的基本單位。例如，用戶運(yùn)行自己的程序，系統(tǒng)就創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，并為它分配資源，包括各種表格、內(nèi)存空間、磁盤空間、 I／O 設(shè)備等。然后，把該進(jìn)程放人進(jìn)程的就緒隊(duì)列。進(jìn)程調(diào)度程序選中它，為它分配 CPU 以及其它有關(guān)資源，該進(jìn)程才真正運(yùn)行。所以，進(jìn)程是系統(tǒng)中的并發(fā)執(zhí)行的單位。一個(gè)進(jìn)程和一個(gè)線程最顯著的區(qū)別是：線程有自己的全局?jǐn)?shù)據(jù)。線程存在于進(jìn)程中,因此一個(gè)進(jìn)程的全局變量由所有的線程共享。由于線程共享同樣的系統(tǒng)區(qū)域,操作系統(tǒng)分配給一個(gè)進(jìn)程的資源對(duì)該進(jìn)程的所有線程都是可用的,正如全局?jǐn)?shù)據(jù)可供所有線程使用一樣。

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