进程与线程

进程与线程

进程与线程

进程

• 程序由指令和数据组成。进程是运行的程序的一个实例，是系统进行分配和调度的基本单位。每个进程都有独立的地址空间（即有自己的内存空间，包括代码段、数据段、堆和栈等）

• 进程之间相互隔离。（除非它们通过进程间通信（IPC）机制共享资源

• 进程的创建、调度、销毁通常都由操作系统内核控制，并创建和销毁进程的开销较大，因为它们涉及到资源的分配与回收。

线程

• 线程是进程内部的一个执行单元，是CPU调度与执行的基本单位。一个进程包含一个或多个线程，这些线程共享所属进程空间与资源（包括内存、文件等）。所以线程之间通信较容易，可以直接读写同一块内存区域

• 每个线程都有自己的程序计数器、栈（用于存储函数调用和局部变量）和一组寄存器，但不拥有自己独立的地址空间。

• 线程的创建和切换相较于进程更为轻量级，因为它们不需要重新分配资源，这使得线程成为实现并发处理和提高程序响应速度的有效手段。

• 线程之间需要协调访问共享资源，以避免竞态条件和数据不一致的问题，常见的同步机制包括互斥锁、信号量和条件变量等。

二者对比

• 进程基本相互独立；线程存在一个进程中，是进程的一个子集

• 进程拥有共享资源，如内存空间，供其内部线程共享

• 进程间通信较复杂

  • 同一计算机的进程间通信称IPC（Inter-process communication）

  • 不同计算机间通信，需要通过网络，并遵循共同的网络协议，如HTTP

• 线程通信相对简单，因为它们共享线程，如多个线程可访问同一个共享变量

• 线程更轻量，线程上下文切换成本比进程上下文切换低。

并行与并发

并行：多核 cpu下，每个 核（core） 同时调度运行线程

并发：线程轮流使用CPU的做法称为并发。

如果判断并行与并发：看看是不是同一时刻在执行。同一时刻执行，并行；否则是并发。

并发：

单核 cpu 下，线程实际还是 串行执行 的。操作系统中有一个组件叫做任务调度器，将 cpu 的时间片（windows 下时间片最小约为 15 毫秒）分给不同的程序使用，只是由于 cpu 在线程间（时间片很短）的切换非常快，人类感 觉是 同时运行的 。总结为一句话就是： 微观串行，宏观并行 ，一般会将这种 线程轮流使用 CPU 的做法称为并发

并行：

多核 cpu下，每个 核（core） 都可以调度运行线程，这时候线程可以是并行的。

总结

进程与线程：

1. 地址空间:

   • 进程是程序的一个实例，有子集独立的地址空间；

   • 线程是进程的子集，虽然有自己的程序计数器、栈、一组寄存器，但不拥有自己独立的地址空间

2. 分配：

   • 进程创建、调度、销毁由系统内核控制，创建销毁开销大

   • 线程创建与切换较进程更为轻量，不需重新分配资源

3. 通信

   • 进程之间相互隔离，除非通过一些机制进行通信

   • 线程之间通信较容易，可直接读写同一块内存区域

并行与并发

• 并行：多核 cpu下，每个 核（core） 同时调度运行线程(同时执行)

• 并发：线程轮流使用CPU的做法称为并发。（非同时执行）