首先,從定義開始,先看一下教科書上 進(jìn)程和線程定義:
進(jìn)程是程序執(zhí)行時(shí)的一個(gè)實(shí)例,即它是程序已經(jīng)執(zhí)行到課中程度的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的匯集。從內(nèi)核的觀點(diǎn)看,進(jìn)程的目的就是擔(dān)當(dāng)分配系統(tǒng)資源(CPU時(shí)間、內(nèi)存等)的基本單位。 想象一位有一手好廚藝的計(jì)算機(jī)科學(xué)家正在為他的女兒烘制生日蛋糕。他有做生日蛋糕的食譜,廚房里有所需的原料:面粉、雞蛋、糖、香草汁等。在這個(gè)比喻中,做蛋糕的食譜就是程序(即用適當(dāng)形式描述的算法)計(jì)算機(jī)科學(xué)家就是處理器(CPU),而做蛋糕的各種原料就是輸入數(shù)據(jù)。進(jìn)程就是廚師閱讀食譜、取來各種原料以及烘制蛋糕等一系列動(dòng)作的總和。現(xiàn)在假設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)家的兒子哭著跑了進(jìn)來,說他的頭被一只蜜蜂蟄了。計(jì)算機(jī)科學(xué)家就記錄下他照著食譜做到哪兒了(保存進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)),然后拿出一本急救手冊(cè),按照其中的指示處理蟄傷。這里,我們看到處理機(jī)制是從一個(gè)進(jìn)程(做蛋糕)切換到另一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程(實(shí)施醫(yī)療救治),每個(gè)進(jìn)程擁有各自的程序(食譜和急救手冊(cè))。當(dāng)蜜蜂蟄傷處理完之后,這位計(jì)算機(jī)科學(xué)家又回來做蛋糕,從他離開時(shí)的那一步繼續(xù)做下去。 線程是CPU調(diào)度的最小單位(程序執(zhí)行流的最小單元),它被包含在進(jìn)程之中,是進(jìn)程中的實(shí)際運(yùn)作單元。一條線程是進(jìn)程中一個(gè)單一順序的控制流,一個(gè)進(jìn)程中可以并發(fā)多個(gè)線程,每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù)。 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的線程有線程ID、當(dāng)前指令指針(PC),寄存器集合和堆棧組成。另外,線程是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體,是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單元,線程自己不擁有系統(tǒng)資源,只擁有一點(diǎn)兒在運(yùn)行中必不可少的資源,但它可與同屬一個(gè)進(jìn)程的其他線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源。一個(gè)線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個(gè)線程,同一進(jìn)程中的多個(gè)線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。由于線程之間的相互制約,致使線程在運(yùn)行中呈現(xiàn)處間斷性。 線程也有就緒、阻塞和運(yùn)行三種基本狀態(tài)。就緒狀態(tài)是指線程具備運(yùn)行的所有條件,邏輯上可以運(yùn)行,在等待處理機(jī);運(yùn)行狀態(tài)是指線程占有處理機(jī)正在運(yùn)行;阻塞狀態(tài)是指線程在等待一個(gè)事件(如某個(gè)信號(hào)量),邏輯上不可執(zhí)行。每一個(gè)程序都至少有一個(gè)線程,若程序只有一個(gè)線程,那就是程序本身。 假設(shè),一個(gè)文本程序,需要接受鍵盤輸入,將內(nèi)容顯示在屏幕上,還需要保存信息到硬盤中。若只有一個(gè)進(jìn)程,勢(shì)必造成同一時(shí)間只能干一樣事的尷尬(當(dāng)保存時(shí),就不能通過鍵盤輸入內(nèi)容)。若有多個(gè)進(jìn)程,每個(gè)進(jìn)程負(fù)責(zé)一個(gè)任務(wù),進(jìn)程A負(fù)責(zé)接收鍵盤輸入的任務(wù),進(jìn)程B負(fù)責(zé)將內(nèi)容顯示在屏幕上的任務(wù),進(jìn)程C負(fù)責(zé)保存內(nèi)容到硬盤中的任務(wù)。這里進(jìn)程A,B,C間的協(xié)作涉及到了進(jìn)程通信問題,而且有共同都需要擁有的東西——-文本內(nèi)容,不停的切換造成性能上的損失。若有一種機(jī)制,可以使任務(wù)A,B,C共享資源,這樣上下文切換所需要保存和恢復(fù)的內(nèi)容就少了,同時(shí)又可以減少通信所帶來的性能損耗,那就好了。這種機(jī)制就是線程。 總的來說:進(jìn)程有獨(dú)立的地址空間,線程沒有單獨(dú)的地址空間,同一進(jìn)程內(nèi)的線程共享進(jìn)程的地址空間。 進(jìn)程是程序在計(jì)算機(jī)上的一次執(zhí)行活動(dòng)。當(dāng)你運(yùn)行一個(gè)程序,你就啟動(dòng)了一個(gè)進(jìn)程。顯然,程序是死的(靜態(tài)的),進(jìn)程是活的(動(dòng)態(tài)的)。進(jìn)程可以分為系統(tǒng)進(jìn)程和用戶進(jìn)程。凡是用于完成操作系統(tǒng)的各種功能的進(jìn)程就是系統(tǒng)進(jìn)程,它們就是處于運(yùn)行狀態(tài)下的操作系統(tǒng)本身;所有由用戶啟動(dòng)的進(jìn)程都是用戶進(jìn)程。進(jìn)程是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配的單位。進(jìn)程又被細(xì)化為線程,也就是一個(gè)進(jìn)程下有多個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的更小的單位。在同一個(gè)時(shí)間里,同一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中如果允許兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài),這便是多任務(wù)?,F(xiàn)代的操作系統(tǒng)幾乎都是多任務(wù)操作系統(tǒng),能夠同時(shí)管理多個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行:嵌入式開發(fā)中RTOS的作用。多任務(wù)帶來的好處是明顯的,比如你可以邊聽網(wǎng)易云音樂,一邊上網(wǎng),與此同時(shí)甚至可以將下載的文檔打印出來,而這些任務(wù)之間絲毫不會(huì)相互干擾。那么這里就涉及到并行的問題,俗話說,一心不能二用,這對(duì)計(jì)算機(jī)也一樣,原則上一個(gè)CPU只能分配給一個(gè)進(jìn)程,以便運(yùn)行這個(gè)進(jìn)程。我們通常使用的計(jì)算機(jī)中只有一個(gè)CPU,也就是說只有一顆心,要讓它一心多用,同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程,就必須使用并發(fā)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)并發(fā)技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜,最容易理解的是“時(shí)間片輪轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度算法”,它的思想簡單介紹如下:在操作系統(tǒng)的管理下,所有正在運(yùn)行的進(jìn)程輪流使用CPU,每個(gè)進(jìn)程允許占用CPU的時(shí)間非常短(比如10毫秒),這樣用戶根本感覺不出來 CPU是在輪流為多個(gè)進(jìn)程服務(wù),就好像所有的進(jìn)程都在不間斷地運(yùn)行一樣。但實(shí)際上在任何一個(gè)時(shí)間內(nèi)有且僅有一個(gè)進(jìn)程占有CPU。如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)有多個(gè)CPU,情況就不同了,如果進(jìn)程數(shù)小于CPU數(shù),則不同的進(jìn)程可以分配給不同的CPU來運(yùn)行,這樣,多個(gè)進(jìn)程就是真正同時(shí)運(yùn)行的,這便是并行。 并行處理(Parallel Processing)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中能同時(shí)執(zhí)行兩個(gè)或更多個(gè)處理的一種計(jì)算方法。并行處理可同時(shí)工作于同一程序的不同方面。并行處理的主要目的是節(jié)省大型和復(fù)雜問題的解決時(shí)間。并發(fā)處理(concurrency Processing):指一個(gè)時(shí)間段中有幾個(gè)程序都處于已啟動(dòng)運(yùn)行到運(yùn)行完畢之間,且這幾個(gè)程序都是在同一個(gè)處理機(jī)(CPU)上運(yùn)行,但任一個(gè)時(shí)刻點(diǎn)上只有一個(gè)程序在處理機(jī)(CPU)上運(yùn)行。并發(fā)的關(guān)鍵是你有處理多個(gè)任務(wù)的能力,不一定要同時(shí)。并行的關(guān)鍵是你有同時(shí)處理多個(gè)任務(wù)的能力。所以說,并行是并發(fā)的子集。 線程是程序中一個(gè)單一的順序控制流程。進(jìn)程內(nèi)一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的、可調(diào)度的執(zhí)行單元,是系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和分派CPU的基本單元。在單一程序中同時(shí)運(yùn)行多個(gè)想成完成不同的工作,稱為多線程。 多線程是為了使得多個(gè)線程并行的工作以完成多項(xiàng)任務(wù),以提高系統(tǒng)的效率。線程是在同一時(shí)間需要完成多項(xiàng)任務(wù)的時(shí)候被實(shí)現(xiàn)的。 多進(jìn)程是立體交通系統(tǒng)(近似于立交橋),雖然造價(jià)高,上坡下坡多耗點(diǎn)油,但是不堵車。 多線程是平面交通系統(tǒng),造價(jià)低,但紅綠燈太多,老堵車。(1)一個(gè)線程只能屬于一個(gè)進(jìn)程,而一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)線程,但至少有一個(gè)線程;(2)資源分配給進(jìn)程,同一進(jìn)程內(nèi)的所有線程共享該進(jìn)程的所有資源;(3)線程在執(zhí)行過程中需要協(xié)作同步。不同進(jìn)程中的線程之間要利用消息通信的方法實(shí)現(xiàn)同步;(4)處理機(jī)分配給線程,即真正在處理機(jī)上運(yùn)行的是線程;(5)線程是進(jìn)程的一個(gè)執(zhí)行單元,也是進(jìn)程內(nèi)的可調(diào)用實(shí)體。(1)線程共享內(nèi)存空間;進(jìn)程的內(nèi)存是獨(dú)立的;(2)同一個(gè)進(jìn)程的線程之間可以直接交流;兩個(gè)進(jìn)程想通信,必須通過一個(gè)中間代理來實(shí)現(xiàn);(3)創(chuàng)建新進(jìn)程很簡單;創(chuàng)建新進(jìn)程需要對(duì)其父進(jìn)程進(jìn)行一個(gè)克?。?/span>(4)一個(gè)線程可以控制和操作同一進(jìn)程里的其他線程;但是進(jìn)程只能操作子進(jìn)程;(5)改變注線程(如優(yōu)先權(quán)),可能會(huì)影響其他線程;改變父進(jìn)程,不影響子進(jìn)程。(6)調(diào)度:線程作為分配和調(diào)度的基本單位,進(jìn)程作為擁有資源的基本單位(7)并發(fā)性:不進(jìn)進(jìn)程之間可以并發(fā)執(zhí)行,同一進(jìn)程內(nèi)的線程也可以并發(fā)執(zhí)行(8)擁有資源:進(jìn)程是擁有資源的一個(gè)獨(dú)立單位,線程不擁有系統(tǒng)資源,但是可以訪問隸屬于進(jìn)程的系統(tǒng)資源(9)系統(tǒng)開銷:在創(chuàng)建和撤銷進(jìn)程的時(shí)候,系統(tǒng)都要分配和回收資源,導(dǎo)致系統(tǒng)的明顯大于創(chuàng)建和撤銷線程時(shí)的開銷。但進(jìn)程有獨(dú)立的地址空間,進(jìn)程崩潰后,在保護(hù)模式的下不會(huì)對(duì)其他進(jìn)程造成影響,而線程只是進(jìn)程中的不同執(zhí)行路徑。線程有自己的堆棧和局部變量,但線程之間沒有獨(dú)立的地址空間,一個(gè)線程死后就等于整個(gè)進(jìn)程死掉,所以多進(jìn)程程序要比多線程程序健壯,但是在進(jìn)程切換的時(shí)候消耗的資源較大,效率差。 根本區(qū)別就一點(diǎn):用多進(jìn)程每個(gè)進(jìn)程有自己的地址空間(address space),線程則共享地址空間。 總結(jié):多線程執(zhí)行效率高; 多進(jìn)程耗資源,安全。進(jìn)程的優(yōu)點(diǎn)
1)順序程序的特點(diǎn):具有封閉性和可再現(xiàn)性;