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线程控制块(Thread Control Block,TCB)是与进程的控制块(PCB)相似的子控制块,只是TCB中所保存的线程状态比PCB中保存的少而已(当然可以说这个定义是浅显或错误的)。
(一)关于进程控制块
进程控制块(Process Control Block,PCB),是操作系统内核中一种数据结构,主要表示进程状态,它是对系统的进程进行管理的重要依据,和进程管理相关的操作无一不用到PCB中的内容。虽各实际情况不尽相同,PCB通常记载进程之相关信息。
PCB的主要内容
第一种描述 [1]
(1)进程状态:可以是new、ready、running、waiting或halted等。
(2)程序计数器:接着要运行的指令地址。
(3)CPU寄存器:如累加器、索引寄存器(Index Register)、堆栈指针以及一般用途寄存器、状况代码等,主要用途在于中断时暂时存储数据,以便稍后继续利用;其数量及类因计算机架构有所差异。
(4)CPU排班法:优先级、排班队列等指针以及其他参数。
(5)存储器管理:如分页表(Page Table)等。
(6)会计信息:如CPU与实际时间之使用数量、时限、帐号、工作或进程号码。
(7)输入输出状态:配置进程使用I/O设备,如磁带机。
第二种描述 [2]
(1)进程标识符(内部,外部)
(2)处理机的信息:通用寄存器,指令计数器,PSW,用户的栈指针。
(3)进程调度信息:进程状态,进程的优先级,进程调度所需的其它信息,事件。
(4)进程控制信息:程序的数据的地址,资源清单,进程同步和通信机制,链接指针。
编辑本段(二)关于线程与进程
进程和线程的概念:
进程是表示资源分配的基本单位,又是调度运行的基本单位。用户运行自己的程序,系统就创建一个进程,并为它分配各类资源。然后,把该进程放人进程的就绪队列。进程调度程序选中它,为它分配CPU以及其它有关资源,该进程才真正运行。进程是系统中的并发执行的单位。
线程是进程中执行运算的最小单位,即执行处理机调度的基本单位。如果把进程理解为在逻辑上操作系统所完成的任务,那么线程表示完成该任务的许多可能的子任务之一。它便于调度和使用。系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存区域,但是不会为线程分配内存(线程所使用的资源是它所属的进程的资源),线程组只能共享资源。那就是说,除了线程在运行的时候要占用CPU资源外,计算机内部的软硬件资源的分配与线程无关,线程只能共享它所属进程的资源。
至于他们的关系,可以理解为线程是进程的一部分。一个线程只能属于一个进程,而一个进程可以有多个线程。线程是进程的一部分,所以线程有的时候被称为是轻权进程或者轻量级进程。
编辑本段(三)线程控制块
线程控制块示例模型
线程控制块示例模型
关于线程控制块,很难有一个现成的明显的定义。对比进程和线程的关系,以及进程控制块的内容和功能,我们暂且将线程控制块理解为进程控制块的组成和附属。
现在用下列的图是来表示:[3]
最终也只能作出这样的结论了,更多的需要读者的深层次理解。
编辑本段(附录)Linux的进程块
该部分用于各读者提供参考,是原出处对第本文(一)部分的补充[2]
Linux的进程控制块为一个由结构task_struct所定义的数据结构,task_struct存
/include/ linux/sched.h中,其中包括管理进程所需的各种信息。Linux系统的所有进程控制块组织成结构数组形式。早期的Linux版本是多可同时运行进程的个数由NR_TASK(缺省值为512)规定,NR_TASK即为PCB结果数组的长度。近期版本中的PCB组成一个环形结构,系统中实际存在的进程数由其定义的全局变量nr_task来动态记录。结构数组:struct task_struct*task[NR_TASK]={&init_task}来记录指向各PCB的指针,该指针数组定义于/kernel
/sched.c中。
在创建一个新进程时,系统在内存中申请一个空的task_struct区,即空闲PCB块,并填入所需信息。同时将指向该结构的指针填入到task[]数组中。当前处于运行状态进程的PCB用指针数组current_set[]来指出。这是因为 Linux支持多处理机系统,系统内可能存在多个同时运行的进程,故current_set定义成指针数组。
Linux系统的PCB包括很多参数,每个PCB约占1KB多的内存空间。
用于表示PCB的结构task_struct简要描述如下:
struct task_struct{
...
unsigned short uid;
int pid;
int processor;
...
volatile long state;
long prority;
unsighed long rt_prority;
long counter;
unsigned long flags;
unsigned long policy;
...
Struct task_struct *next_task, *prev_task;
Struct task_struct *next_run,*prev_run;
Struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*pysptr,*p_ptr;
...
};
【对部分数据成员的说明】
(1)unsigned short pid 为用户标识
(2)int pid 为进程标识
(3)int processor标识用户正在使用的CPU,以支持对称多处理机方式;
(4)volatile long state 标识进程的状态,可为下列六种状态之一:
可运行状态(TASK-RUNING);
可中断阻塞状态(TASK-UBERRUPTIBLE)
不可中断阻塞状态(TASK-UNINTERRUPTIBLE)
僵死状态(TASK-ZOMBLE)
暂停态(TASK_STOPPED)
交换态(TASK_SWAPPING)
(5)long prority表示进程的优先级
(6)unsigned long rt_prority 表示实时进程的优先级,对于普通进程无效
(7)long counter 为进程动态优先级计数器,用于进程轮转调度算法
(8)unsigned long policy 表示进程调度策略,其值为下列三种情况之一:
SCHED_OTHER(值为0)对应普通进程优先级轮转法(round robin)
SCHED_FIFO(值为1)对应实时进程先来先服务算法;
SCHED_RR(值为2)对应实时进程优先级轮转法
(9)struct task_struct *next_task,*prev_task为进程PCB双向链表的前后项指针
(10)struct task_struct *next_run,*prev_run为就绪队列双向链表的前后项指针
(11)struct task_struct *p_opptr,*p_pptr,*p_cptr,*p_ysptr,*p_ptr指明进程家族间的关系,分别为指向祖父进程、父进程、子进程以及新老进程的指针。