對於程序和執行緒的區別，很多面試或者筆試都有涉及到。我想很多朋友跟我一樣，對他們都僅限於一些很粗很廣的定義和區分，對於很多細節一下子回答出來還是有一定難度的。下面我將對程序和執行緒做一個系統的總結，供大家參考。如文中有不妥的地方，歡迎大家指正。

 一、概念上區分

程式：程式本身只是指令、資料及其組織形式的描述，是一個靜態的概念。

程序：程序是作業系統的基礎，也是程式的基本執行實體，是一個動態的概念。若干程序有可能與同一個程式相關係，且每個程序皆可以同步（循序）或非同步（平行）的方式獨立執行。在面向程序設計的系統中，如早期的UNIX，Linux2.4及更早的版本）中，程序是程式的基本執行實體，也是系統分配和排程資源的基本單元

執行緒：是作業系統進行CPU排程的最小單元。寄生於程序中，是程序的實際運作單位。一條執行緒指的是程序中一個單一順序的控制流，一個程序中可以併發多個執行緒，每條執行緒並行執行不同的任務。在UNIX、SUN系統中被稱為輕量級執行緒，但輕量級執行緒更多的是指核心執行緒，而把使用者執行緒稱為執行緒。每個程序至少有一個執行緒，如果程式只有一個執行緒，那就是程序本身。

二、基本狀態以及狀態轉換

1、程序

程序的基本狀態：就緒、執行、阻塞。

         就緒狀態：指程序獲得了除CPU以外的所有必要資源，只要獲得CPU資源便可執行。

         執行狀態：此時，程序正在執行計算任務，處理指定的操作。

         阻塞狀態：正在執行的程序，由於等待某個事件發生而無法執行時，便放棄處理機而處於阻塞狀態。引起程序阻塞的事件可有多種，例如，等待I/O完成、申請緩衝區不能滿足、等待信件(訊號)等。

程序的狀態轉換：

程序的狀態轉換圖

(1) 就緒→執行

處於就緒狀態的程序，當程序排程程式為之分配了處理機後，該程序便由就緒狀態轉變成執行狀態。

(2)

處於執行狀態的程序在其執行過程中，因分配給它的一個時間片已用完而不得不讓出處理機，於是程序從執行狀態轉變成就緒狀態。或者優先順序更高的程序佔用了CPU資源。

(3) 執行→阻塞

正在執行的程序因等待某種事件（或者說必要的系統資源）發生而無法繼續執行時，便從執行狀態變成阻塞狀態。

(4) 阻塞→就緒

處於阻塞狀態的程序，若其等待的事件已經發生，於是程序由阻塞狀態轉變為就緒狀態

2、執行緒

執行緒的基本狀態：就緒、阻塞、執行三中狀態。其狀態轉換與程序類似，此處不再闡述。

要重點說明的是執行緒的阻塞狀態：

阻塞狀態是執行緒因為某種原因放棄CPU使用權，暫時停止執行。直到執行緒進入就緒狀態，才有機會轉到執行狀態。阻塞的情況分三種：

①  等待阻塞：執行的執行緒執行pthread_cond_wait()方法，系統將其放入等待佇列；

②  同步阻塞：執行的執行緒在獲取物件的同步鎖時，若該同步鎖被別的執行緒佔用；

③  其他阻塞：執行的執行緒執行sleep()或join()方法，或者發出了I/O請求時；當sleep()狀態超時、join()等待執行緒終止或者超時、或者I/O處理完畢時，執行緒重新轉入就緒狀態。

注：呼叫Sleep、join時，不會釋放所佔用的資源，所以會進入阻塞狀態；呼叫Wait時，會釋放所佔用的資源，所以會進入等待佇列。

三、資源管理

1.      一個程序在建立時包括以下資源：

① ；該儲存空間包括程式碼段、特點的程序資料，呼叫堆疊、堆疊（用於儲存執行時運數中途產生的資料）。

②  分配給該程序的資源的作業系統描述符，諸如檔案描述符（Unix術語）或檔案控制代碼（Windows）、資料來源和資料終端。

③  安全特性，諸如程序擁有者和程序的許可權集（可以容許的操作）。

④  處理器狀態（內文），諸如暫存器內容、物理儲存器定址等。當程序正在執行時，狀態通常儲存在暫存器，其他情況在儲存器。

2.     一個程序中的執行緒共享的資源：

①  程序的程式碼段；

②  開啟的檔案描述符；

③  程序的當前目錄；

④  程序使用者ID、程序組ID;

⑤  程序的公有資料（訊號量、互斥量等等）；

3.     執行緒獨有的資源有

①  執行緒ID；

②  暫存器組；

③  執行緒的堆疊；

④  錯誤返回碼；

⑤  執行緒的訊號遮蔽碼；

⑥  執行緒的優先順序；

四、引入執行緒的原因

①  執行緒的排程比程序的排程代價小，同時建立執行緒比建立程序的代價低；

②  提高併發性，改善整個程式的吞吐量。在單個程序需要完成多個任務時，需要把任務序列化，有了多執行緒則可將相互獨立的任務處理，為每個任務分配獨立的執行緒即可，當然需要考慮資料同步和競爭問題。

③  一個程序的所有執行緒可以自動共享程序的資源，而在多程序中需使用系統的複雜機制才能實現記憶體、檔案描述符的共享。

④  互動的程式同樣可以利用多執行緒實現相應響應時間的改善，多執行緒可以把程式中的輸入輸出與其他處理部分分開。

⑤  充分發揮多處理器的功能。通過多執行緒設計，每個執行緒在一個處理器上執行，從而實現應用程式的併發性，改善每個處理器的利用率。

此外，補充一點關於程序切換的知識。

進行程序切換就是從正在執行的程序中收回處理器，然後再使待執行程序來佔用處理器。所謂處理器回收，實質上就是把程序存放在處理器的暫存器中的中間資料找個地方存起來，從而把處理器的暫存器騰出來讓其他程序使用。那麼被中止執行程序的中間資料存在何處好呢？當然這個地方應該是程序的私有堆疊。

讓程序來佔用處理器，實質上是把某個程序存放在私有堆疊中暫存器的資料（前一次本程序被中止時的中間資料）再恢復到處理器的暫存器中去，並把待執行程序的斷點送入處理器的程式指標PC，於是待執行程序就開始被處理器運行了，也就是這個程序已經佔有處理器的使用權了。

例如：這就像多個同學要分時使用同一張課桌一樣，所謂要收回正在使用課桌同學的課桌使用權，實質上就是讓他把屬於他的東西拿走；而賦予某個同學課桌使用權，只不過就是讓他把他的東西放到課桌上罷了。

在切換時，一個程序儲存在處理器各暫存器中的中間資料叫做程序的上下文，所以程序的切換實質上就是被中止執行程序與待執行程序上下文的切換。在程序未佔用處理器時，程序的上下文是儲存在程序的私有堆疊中的。

與程序切換不同，執行緒的切換開銷則小很多，只需要儲存和恢復執行緒的暫存器記憶體，棧的切換也是通過暫存器的切換來完成的。可見，執行緒的切換比程序的切換代價要低很多。

參考文獻：

[4]      Tanenbaum A S, 坦尼鮑姆,向群,等.現代作業系統[M].機械工業出版社, 2005..

[5]      http://uule.iteye.com/blog/1100799.