浅谈进程和线程（概念、区别和联系）

概念

进程

进程的定义

进程是操作系统结构的基础；是一次程序的执行；是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动；是程序在一个数据集合上运行的过程，它是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

如果文字觉得抽象，直接上图。

通过查看“Windows任务管理器”中的列表，完全可以将运行在内存中的exe文件理解成进程，进程是受操作系统管理的基本运行单元。

进程的特征

1. 动态性：进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的。
2. 并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行；
3. 独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位；
4. 异步性：由于进程间的相互制约，使进程具有执行的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。

进程的结构特征：程序+数据+进程控制块（PCB）

进程的状态及转换

1. 就绪（Ready）状态：进程已分配到处CPU以外的所有必要资源，只要再获得CPU，便可立即执行。
2. 执行（Running）状态：进程已获得CPU，其程序正在运行。（任何时候，只有一个进程处于执行状态。）
3. 阻塞（Block）状态：正在执行的进程由于发生某事件（如I/O请求，申请缓冲区失败等）暂时无法继续执行时的状态，亦即进程的执行受到阻塞。
4. 创建（New）状态：进程创建工作尚未完成，不能被调度运行。
5. 终止（Exit）状态：当一个进程到达了自然结束点，或是出现了无法克制的错误，或是被操作系统所终结，或是被其他有终止权的进程所终结，它将进入终止状态。

线程

操作系统中的术语，是操作系统能够进行运算调度的最小单位，它被包涵在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

线程可以理解成是在进程中独立运行的子任务。比如，QQ.exe运行时就有很多的子任务在同时运行。再如，好友视频线程、下载文件线程、传输数据线程、发送表单线程等，这些不同的任务或者说功能都可以同时运行，其中每一项任务完全可以理解成是“线程”在工作，传文件、听音乐、发送图片表情等功能都有对应的线程在后台默默地运行。

线程特点

1. 轻型实体：线程中的实体只拥有一点必不可少的、能保证独立运行的资源。

   线程的实体包括程序、数据和TCB。线程是动态概念，它的动态特性由线程控制块TCB（Thread Control Block）描述。TCB包括以下信息：
   （1）线程状态。
   （2）当线程不运行时，被保存的现场资源。
   （3）一组执行堆栈。
   （4）存放每个线程的局部变量主存区。
   （5）访问同一个进程中的主存和其它资源。
   用于指示被执行指令序列的程序计数器、保留局部变量、少数状态参数和返回地址等的一组寄存器和堆栈。

2. 独立调度和分派的基本单位：在多线程OS中，线程是能独立运行的基本单位，因而也是独立调度和分派的基本单位。

3. 可并发执行：多个线程可并发执行。
4. 共享进程资源：在同一进程中的各个线程，都可以共享该进程所拥有的资源，这首先表现在：所有线程都具有相同的地址空间（进程的地址空间），这意味着，线程可以访问该地址空间的每一个虚地址；此外，还可以访问进程所拥有的已打开文件、定时器、信号量机构等。由于同一个进程内的线程共享内存和文件，所以线程之间互相通信不必调用内核。

进程是指一段正在执行的程序。而线程有时候也被称为轻量级进程，是程序执行的最小单元，一个进程可以拥有多个线程，各个线程之间共享程序的内存空间（代码段、数据段和堆空间）即一些进程级的资源（例如打开的文件），但是各个线程拥有自己的栈空间，进程与线程的关系如图1所示。

具体而言，线程共享的内容包括代码段、数据段、堆空间、进程打开的文件描述符、进程的当前目录以及进程的用户ID和组ID。
线程独占的资源班阔栈，线程ID、寄存器的值、错误返回码以及线程的信号屏蔽码。具体内存如下：

1. 线程ID：每个线程都有自己的线程ID，这个ID在本进程中是唯一的。进程用此来标识线程。
2. 线程的栈：栈是保证线程独立运行所必需的。线程函数可以调用函数，而被调用函数中又是可以层层嵌套的，所以，线程必须拥有自己的函数栈，使得函数调用可以正常执行，不受其他线程的影响。
3. 错误返回码：不同的线程应该拥有自己的错误返回码变量。
4. 线程的信号屏蔽码：由于每个线程所感兴趣的信号不同，所以，线程的信号屏蔽码应该由线程自己管理，但所有的线程都共享同样的信号处理器。
5. 线程的优先级：由于线程需要像进程那样能够被调度，那么就必须要有可供调度使用的参数，这个参数就是线程。

进程与线程的关系

1. 一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程；
2. 资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的资源；
3. 处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程；
4. 线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。线程指的是进程内的一个执行单元，也是进程内的可调度实体。

进程和线程的相同点

1. 二者都具有ID、一组寄存器、状态、优先级以及所要遵循的调度策略；
2. 每个进程都有一个进程控制块，线程也拥有一个线程控制块；
3. 线程和子进程共享父进程中的资源；
4. 线程和子进程独立于它们的父进程，竞争使用处理器资源；
5. 线程和子进程的创建者可以在线程和子进程上实行某些控制，例如创建者可以取消、挂起、继续和修改线程和子进程的优先级；
6. 线程和子进程可以改变其属性并创建新的资源。

进程和线程的不同点

1. 线程是进程的一部分，一个没有线程的进程是可以被看作单线程的，如果一个进程内拥有多个线程，进程的执行过程不是一条线（线程）的，而是多条线（线程）共同完成的；
2. 启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间，而且，线程间彼此切换所花费的时间也远远小于进程间切换所花费的时间；
3. 系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存区域，但是不会为线程分配内存（线程所使用的资源是它所属的进程的资源），同一个进程内的线程可以共享进程的资源。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且还很不方便。而一个线程的数据可以直接为其他线程所用，这不仅快捷，而且方便；
4. 与进程的控制表PCB相似，线程也有自己的控制表TCB，但是TCB中所保存的线程状态比PCB表中少多了；
5. 进程是系统所有资源分配时候的一个基本单位，拥有一个完整的虚拟空间地址，并不依赖线程而独立存在。

多线程

优点

1. 无须跨进程边界；
2. 程序逻辑和控制方式简单；
3. 所有线程可以直接共享内存和变量等；
4. 线程方式消耗的总资源比进程方式少。

缺点

1. 每个线程与主程序共用地址空间，受限于2GB地址空间；
2. 线程之间的同步和加锁控制比较麻烦；
3. 一个线程的崩溃可能影响到整个程序的稳定性；
4. 达到一定的线程数程序后，即使再增加CPU也无法提高性能。例如Windows Server 2003，大约1500个线程数就快到极限了（线程堆栈设定为1M），如果设定线程堆栈为2M，还达不到1500个线程总数；
5. 线程能够提高的总性能有限，而且线程多了以后，线程本身的调度也很烦琐，需要消耗较多的CPU。

多进程

优点

1. 每个进程互相独立，不影响主程序的稳定性，子进程崩溃也没关系；
2. 通过增加CPU，就可以容易扩充性能；
3. 可以尽量减少线程加锁/解锁的影响，即使线程运行的模块算法效率低，也可极大提高性能；
4. 每个子进程都有2GB 地址空间和相关资源，总体能够达到的性能上限非常大。

缺点

1. 逻辑控制复杂，需要和主程序交互；
2. 需要跨进程边界，如果有大数据量传送，就不太适用，适合于小数据量传送、密集运算、多进程调度开销比较大；
3. 最好是多进程和多线程结合，即根据实际的需要，每个CPU开启一个子进程，这个子进程开启多线程可以为若干同类型的数据进行处理。当然，也可以利用多线程+多CPU+轮询方式来解决问题。

程序、进程、线程的定义与关联关系

术语	定义与描述
程序	一组指令的有序结合，是一个静态没状态的文本
进程	具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的一个独立单元
线程	进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单元，是比进程更小的能独立运行的基本单元。本身基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源（例如程序计数器、一组寄存器和栈），一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程中的多个线程之间可以并发执行