OS / 进程和线程的区别和联系

一、理论讲解

进程是资源分配的最小单位,线程是CPU调度的最小单位。

二、通粗讲解

作者:人民邮电出版社
链接:https://www.zhihu.com/question/25532384/answer/1598653960
来源:知乎
著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

1、什么是线程呢?

网上一般是这样定义的:线程(thread)是操作系统能够进行运算调度的最小单位,它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。

这么说,你听懂了吗?我觉得这样的定义纯粹是自说自话:新手看完了一脸懵,老鸟看完了不以为然。我们还是用“非专业”的外行话来解释一下吧。

假设你经营着一家物业管理公司。最初,业务量很小,事事都需要你亲力亲为。给老张家修完暖气管道,立马再去老李家换电灯泡——这叫单线程,所有的工作都得顺序执行

后来业务拓展了,你雇佣了几个工人,这样,你的物业公司就可以同时为多户人家提供服务了——这叫多线程,你是主线程。

工人们使用的工具,是物业管理公司提供的,这些工具由大家共享,并不专属于某一个人——这叫多线程资源共享

工人们在工作中都需要管钳,可是管钳只有一把——这叫冲突。解决冲突的办法有很多,比如排队等候、等同事用完后的微信通知等——这叫线程同步

你给工人布置任务——这叫创建线程。之后你还得要告诉他,可以开始了,不然他会一直停在那儿不动——这叫启动线程(start)

如果某个工人(线程)的工作非常重要,你(主线程)也许会亲自监工一段时间,如果不指定时间,则表示你会一直监工到该项工作完成——这叫线程参与(join)

业务不忙的时候,你就在办公室喝喝茶。下班时间一到,你群发微信,所有的工人不管手头的工作是否完成,都立马撂下工具,跟你走人。因此如果有必要,你得避免不要在工人正忙着的时候发下班的通知——这叫线程守护属性设置和管理(daemon)。

再后来,你的公司规模扩大了,同时为很多生活社区服务,你在每个生活社区设置了分公司,分公司由分公司经理管理,运营机制和你的总公司几乎一模一样——这叫多进程,总公司叫主进程,分公司叫子进程。

总公司和分公司,以及各个分公司之间,工具都是独立的,不能借用、混用——这叫进程间不能共享资源。各个分公司之间可以通过专线电话联系——这叫管道。各个分公司之间还可以通过公司公告栏交换信息——这叫进程间共享内存。另外,各个分公司之间还有各种协同手段,以便完成更大规模的作业——这叫进程间同步。分公司可以跟着总公司一起下班,也可以把当天的工作全部做完之后再下班——这叫守护进程设置

2、进程有什么用?

进程可以说是一个“执行中的程序”。程序是指令、数据及其组织形式的描述,是一个没有生命的实体,只有处理器赋予程序生命时(操作系统执行之),它才能成为一个活动的实体,我们称其为进程。

有了线程技术,我们就可以在一个进程中创建多个线程,让它们在“同一时刻”分别去做不同的工作了。这些线程共享同一块内存,线程之间可以共享对象、资源,如果有冲突或需要协同,还可以随时沟通以解决冲突或保持同步。

不过,多线程技术不是万金油,它有一个致命的缺点:在一个进程内,不管你创建了多少线程,它们总是被限定在一颗CPU内,或者多核CPU的一个核内。这意味着,多线程在宏观上是并行的,在微观上则是分时切换串行的,多线程编程无法充分发挥多核计算资源的优势。这也是使用多线程做任务并行处理时,线程数量超过一定数值后,线程越多速度反倒越慢的原因。

多进程技术正好弥补了多线程编程的不足,我们可以在每一颗CPU上,或者多核CPU的每一个核上启动一个进程,如果有必要,还可以在每个进程内再创建适量的线程,最大限度地使用计算资源解决问题。因为不在同一块内存区域内,和线程相比,进程间的资源共享、通信、同步等,都要麻烦得多,受到的限制也更多。

三、站在 OS 角度

站在Linux 中线程和进程基本没有区别呢,因为从 Linux 内核的角度来看,并没有把线程和进程区别对待。

我们知道系统调用 fork() 可以新建一个子进程,函数 pthread() 可以新建一个线程。但无论线程还是进程,都是用 task_struct 结构表示的,唯一的区别就是共享的数据区域不同

换句话说,线程看起来跟进程没有区别,只是线程的某些数据区域和其父进程是共享的,而子进程是拷贝副本,而不是共享。就比如说,mm 结构和 files 结构在线程中都是共享的,我画两张图你就明白了:

所以说,我们的多线程程序要利用锁机制,避免多个线程同时往同一区域写入数据,否则可能造成数据错乱。

那么你可能问,既然进程和线程差不多,而且多进程数据不共享,即不存在数据错乱的问题,为什么多线程的使用比多进程普遍得多呢

因为现实中数据共享的并发更普遍呀,比如十个人同时从一个账户取十元,我们希望的是这个共享账户的余额正确减少一百元,而不是希望每人获得一个账户的拷贝,每个拷贝账户减少十元。

当然,必须要说明的是,只有 Linux 系统将线程看做共享数据的进程,不对其做特殊看待,其他的很多操作系统是对线程和进程区别对待的,线程有其特有的数据结构,我个人认为不如 Linux 的这种设计简洁,增加了系统的复杂度。

在 Linux 中新建线程和进程的效率都是很高的,对于新建进程时内存区域拷贝的问题,Linux 采用了 copy-on-write 的策略优化,也就是并不真正复制父进程的内存空间,而是等到需要写操作时才去复制。所以 Linux 中新建进程和新建线程都是很迅速的

 

 

其他:http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes_and_threads.html

参考:https://zhuanlan.zhihu.com/p/105086274

(SAW:Game Over!)

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