1.進程和線程的定義
進程是具有一定獨立功能的程序關于某個數(shù)據(jù)集合上的一次運行活動,進程是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位.
線程是進程的一個實體,是CPU調(diào)度和分派的基本單位,它是比進程更小的能獨立運行的基本單位.線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源,只擁有一點在運行中必不可少的資源(如程序計數(shù)器,一組寄存器和棧),但是它可與同屬一個進程的其他的線程共享進程所擁有的全部資源.
一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程;同一個進程中的多個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行.
相對進程而言,線程是一個更加接近于執(zhí)行體的概念,它可以與同進程中的其他線程共享數(shù)據(jù),但擁有自己的??臻g,擁有獨立的執(zhí)行序列。
進程和線程的主要差別在于它們是不同的操作系統(tǒng)資源管理方式。進程有獨立的地址空間,一個進程崩潰后,在保護模式下不會對其它進程產(chǎn)生影響,而線程只是一個進程中的不同執(zhí)行路徑。線程有自己的堆棧和局部變量,但線程之間沒有單獨的地址空間,一個線程死掉就等于整個進程死掉,所以多進程的程序要比多線程的程序健壯,但在進程切換時,耗費資源較大,效率要差一些。但對于一些要求同時進行并且又要共享某些變量的并發(fā)操作,只能用線程,不能用進程。
1) 簡而言之,一個程序至少有一個進程,一個進程至少有一個線程.
2) 線程的劃分尺度小于進程,使得多線程程序的并發(fā)性高。
3) 另外,進程在執(zhí)行過程中擁有獨立的內(nèi)存單元,而多個線程共享內(nèi)存,從而極大地提高了程序的運行效率。
4) 線程在執(zhí)行過程中與進程還是有區(qū)別的。每個獨立的線程有一個程序運行的入口、順序執(zhí)行序列和程序的出口。但是線程不能夠獨立執(zhí)行,必須依存在應用程序中,由應用程序提供多個線程執(zhí)行控制。
5) 從邏輯角度來看,多線程的意義在于一個應用程序中,有多個執(zhí)行部分可以同時執(zhí)行。但操作系統(tǒng)并沒有將多個線程看做多個獨立的應用,來實現(xiàn)進程的調(diào)度和管理以及資源分配。這就是進程和線程的重要區(qū)別。
4.優(yōu)缺點線程和進程在使用上各有優(yōu)缺點:線程執(zhí)行開銷小,但不利于資源的管理和保護;而進程正相反。同時,線程適合于在SMP機器上運行,而進程則可以跨機器遷移。
如果上面的你看不懂,來看看下面更簡單的解釋吧。
1.計算機的核心是CPU,它承擔了所有的計算任務。它就像一座工廠,時刻在運行。
2.假定工廠的電力有限,一次只能供給一個車間使用。也就是說,一個車間開工的時候,其他車間都必須停工。背后的含義就是,單個CPU一次只能運行一個任務。
3.進程就好比工廠的車間,它代表CPU所能處理的單個任務。任一時刻,CPU總是運行一個進程,其他進程處于非運行狀態(tài)。
4.一個車間里,可以有很多工人。他們協(xié)同完成一個任務。
5.線程就好比車間里的工人。一個進程可以包括多個線程。
6.車間的空間是工人們共享的,比如許多房間是每個工人都可以進出的。這象征一個進程的內(nèi)存空間是共享的,每個線程都可以使用這些共享內(nèi)存。
7.可是,每間房間的大小不同,有些房間最多只能容納一個人,比如廁所。里面有人的時候,其他人就不能進去了。這代表一個線程使用某些共享內(nèi)存時,其他線程必須等它結束,才能使用這一塊內(nèi)存。
8.一個防止他人進入的簡單方法,就是門口加一把鎖。先到的人鎖上門,后到的人看到上鎖,就在門口排隊,等鎖打開再進去。這就叫"互斥鎖"(Mutual exclusion,縮寫 Mutex),防止多個線程同時讀寫某一塊內(nèi)存區(qū)域。
9.還有些房間,可以同時容納n個人,比如廚房。也就是說,如果人數(shù)大于n,多出來的人只能在外面等著。這好比某些內(nèi)存區(qū)域,只能供給固定數(shù)目的線程使用。
10.
這時的解決方法,就是在門口掛n把鑰匙。進去的人就取一把鑰匙,出來時再把鑰匙掛回原處。后到的人發(fā)現(xiàn)鑰匙架空了,就知道必須在門口排隊等著了。這種做法叫做"信號量"(Semaphore),用來保證多個線程不會互相沖突。
不難看出,mutex是semaphore的一種特殊情況(n=1時)。也就是說,完全可以用后者替代前者。但是,因為mutex較為簡單,且效率高,所以在必須保證資源獨占的情況下,還是采用這種設計。
11.操作系統(tǒng)的設計,因此可以歸結為三點:
(1)以多進程形式,允許多個任務同時運行;
(2)以多線程形式,允許單個任務分成不同的部分運行;
(3)提供協(xié)調(diào)機制,一方面防止進程之間和線程之間產(chǎn)生沖突,另一方面允許進程之間和線程之間共享資源。