1.進(jìn)程和線程的定義
進(jìn)程是具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng),進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位.
線程是進(jìn)程的一個(gè)實(shí)體,是CPU調(diào)度和分派的基本單位,它是比進(jìn)程更小的能獨(dú)立運(yùn)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(diǎn)在運(yùn)行中必不可少的資源(如程序計(jì)數(shù)器,一組寄存器和棧),但是它可與同屬一個(gè)進(jìn)程的其他的線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源.
一個(gè)線程可以創(chuàng)建和撤銷(xiāo)另一個(gè)線程;同一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間可以并發(fā)執(zhí)行.
相對(duì)進(jìn)程而言,線程是一個(gè)更加接近于執(zhí)行體的概念,它可以與同進(jìn)程中的其他線程共享數(shù)據(jù),但擁有自己的??臻g,擁有獨(dú)立的執(zhí)行序列。
進(jìn)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(jìn)程有獨(dú)立的地址空間,一個(gè)進(jìn)程崩潰后,在保護(hù)模式下不會(huì)對(duì)其它進(jìn)程產(chǎn)生影響,而線程只是一個(gè)進(jìn)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(méi)有單獨(dú)的地址空間,一個(gè)線程死掉就等于整個(gè)進(jìn)程死掉,所以多進(jìn)程的程序要比多線程的程序健壯,但在進(jìn)程切換時(shí),耗費(fèi)資源較大,效率要差一些。但對(duì)于一些要求同時(shí)進(jìn)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(jìn)程。
1) 簡(jiǎn)而言之,一個(gè)程序至少有一個(gè)進(jìn)程,一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線程.
2) 線程的劃分尺度小于進(jìn)程,使得多線程程序的并發(fā)性高。
3) 另外,進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中擁有獨(dú)立的內(nèi)存單元,而多個(gè)線程共享內(nèi)存,從而極大地提高了程序的運(yùn)行效率。
4) 線程在執(zhí)行過(guò)程中與進(jìn)程還是有區(qū)別的。每個(gè)獨(dú)立的線程有一個(gè)程序運(yùn)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(dú)立執(zhí)行,必須依存在應(yīng)用程序中,由應(yīng)用程序提供多個(gè)線程執(zhí)行控制。
5) 從邏輯角度來(lái)看,多線程的意義在于一個(gè)應(yīng)用程序中,有多個(gè)執(zhí)行部分可以同時(shí)執(zhí)行。但操作系統(tǒng)并沒(méi)有將多個(gè)線程看做多個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用,來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的調(diào)度和管理以及資源分配。這就是進(jìn)程和線程的重要區(qū)別。
4.優(yōu)缺點(diǎn)線程和進(jìn)程在使用上各有優(yōu)缺點(diǎn):線程執(zhí)行開(kāi)銷(xiāo)小,但不利于資源的管理和保護(hù);而進(jìn)程正相反。同時(shí),線程適合于在SMP機(jī)器上運(yùn)行,而進(jìn)程則可以跨機(jī)器遷移。
如果上面的你看不懂,來(lái)看看下面更簡(jiǎn)單的解釋吧。
1.計(jì)算機(jī)的核心是CPU,它承擔(dān)了所有的計(jì)算任務(wù)。它就像一座工廠,時(shí)刻在運(yùn)行。
2.假定工廠的電力有限,一次只能供給一個(gè)車(chē)間使用。也就是說(shuō),一個(gè)車(chē)間開(kāi)工的時(shí)候,其他車(chē)間都必須停工。背后的含義就是,單個(gè)CPU一次只能運(yùn)行一個(gè)任務(wù)。
3.進(jìn)程就好比工廠的車(chē)間,它代表CPU所能處理的單個(gè)任務(wù)。任一時(shí)刻,CPU總是運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程,其他進(jìn)程處于非運(yùn)行狀態(tài)。
4.一個(gè)車(chē)間里,可以有很多工人。他們協(xié)同完成一個(gè)任務(wù)。
5.線程就好比車(chē)間里的工人。一個(gè)進(jìn)程可以包括多個(gè)線程。
6.車(chē)間的空間是工人們共享的,比如許多房間是每個(gè)工人都可以進(jìn)出的。這象征一個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存空間是共享的,每個(gè)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(gè)人,比如廁所。里面有人的時(shí)候,其他人就不能進(jìn)去了。這代表一個(gè)線程使用某些共享內(nèi)存時(shí),其他線程必須等它結(jié)束,才能使用這一塊內(nèi)存。
8.一個(gè)防止他人進(jìn)入的簡(jiǎn)單方法,就是門(mén)口加一把鎖。先到的人鎖上門(mén),后到的人看到上鎖,就在門(mén)口排隊(duì),等鎖打開(kāi)再進(jìn)去。這就叫"互斥鎖"(Mutual exclusion,縮寫(xiě) Mutex),防止多個(gè)線程同時(shí)讀寫(xiě)某一塊內(nèi)存區(qū)域。
9.還有些房間,可以同時(shí)容納n個(gè)人,比如廚房。也就是說(shuō),如果人數(shù)大于n,多出來(lái)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(shí)的解決方法,就是在門(mén)口掛n把鑰匙。進(jìn)去的人就取一把鑰匙,出來(lái)時(shí)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(mén)口排隊(duì)等著了。這種做法叫做"信號(hào)量"(Semaphore),用來(lái)保證多個(gè)線程不會(huì)互相沖突。
不難看出,mutex是semaphore的一種特殊情況(n=1時(shí))。也就是說(shuō),完全可以用后者替代前者。但是,因?yàn)閙utex較為簡(jiǎn)單,且效率高,所以在必須保證資源獨(dú)占的情況下,還是采用這種設(shè)計(jì)。
11.操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì),因此可以歸結(jié)為三點(diǎn):
(1)以多進(jìn)程形式,允許多個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行;
(2)以多線程形式,允許單個(gè)任務(wù)分成不同的部分運(yùn)行;
(3)提供協(xié)調(diào)機(jī)制,一方面防止進(jìn)程之間和線程之間產(chǎn)生沖突,另一方面允許進(jìn)程之間和線程之間共享資源。