浅谈进程与线程的区别

进程与线程的区别


        首先我们先来看这样一个例子:

                我学习了一整天(胡扯)很累,想和朋友在网上联机打游戏,这时我打开了QQ,找到了我的朋友,我给他发送了消息,但是他没回,然后我很着急啊,我就给他打了QQ电话,然后他说他没有这个游戏,让我把安装包传过去,我就用QQ把安装包给他传输了过去。

                我们都知道操作系统控制的最小单位就是进程,使用Windows的朋友打开任务管理器就可以看到各种各样的进程,而使用Linux的朋友就更方便了,打开终端ps直接搞定,PID什么的一目了然。虽然进程是操作系统控制的最小单位,但是可以说单个进程还是很有重量级的,如果操作系统是将一个进程从其开始执行(指令进入RAM)起直到其结束一直占用CPU的话那肯定用户会爆炸的。为什么呢?我们打个比方:你打开QQ后如果不关闭它的话就没有办法再开其他应用,如果你想边聊天边听歌那就必须选择一个应用关闭。

                为了避免这种情况,如今的所有操作系统都是使进程轮流占用CPU。可能有人会疑惑轮流占用不是效率更低吗?因为我正在听歌突然有QQ消息来了那么我的歌是不是会停止播放?答案肯定是不会的,之前说过轮流占用CPU就是为了解决电脑卡顿才会出现的策略,肯定不会有人在听歌的时候收QQ消息然后导致歌曲停止播放吧。

                因为CPU的运算速度太太太快了,CPU调度进程是人根本无法感觉出来的,所以在你接收QQ消息的时候QQ的确是占用CPU的,只是消息收到后CPU立马去处理之前没有完成的任务了这是你无法感受到的一瞬间。

                轮流处理进程确实大幅度提升了用户的体验,可是软件功能如今日益强大,我们不能把所有的功能都用进程来表示,因为CPU在轮流调度进程时会进行现场的保护,也就是当CPU在处理一个事件的时候突然来了一个更紧急的事件,此时CPU会放下手中的工作去处理紧急事件,那么CPU是如何保证一会回来做剩下的任务的时候知道自己刚才是在哪里停止了呢?就是依靠现场的保护,也就是保存当前任务的上下文,在处理完紧急事件后会进行上下文的还原。所以当你使用不同的功能时如果频繁切换进程的话就会增加很多大的开销。为了避免这种情况线程出现了。

                线程可以看做进程的一个小部分,比如上述打游戏的经历里面,开QQ时QQ是一个独立的进程,发送消息、拨打语音电话、传输文件是这个进程下的线程,线程是共享母进程的上下文和资源的,所以在你不断切换功能的时候会省略保存上下文和还原现场的操作,提升了机器的性能,优化了用户体验。

                我们可以把进程的子线程当做当前进程的一个个小进程。

<think>我们正在讨论C语言中创建进程线程的方法。根据之前的引用资料,我们知道进程是资源分配的最小单位,而线程是CPU调度的最小单位。在C语言中,我们可以使用系统调用来创建进程(如fork)线程(如pthread库)。 创建进程: 在Unix/Linux系统中,创建进程通常使用fork()系统调用。fork()会创建一个进程几乎完全相同的子进程。子进程从fork()返回的地方开始执行,但fork()在父进程中返回子进程进程ID(PID),在子进程中返回0。 创建线程: 在C语言中,线程的创建通常使用POSIX线程库(pthread)。主要函数是pthread_create(),用于创建一个新的线程并执行指定的函数。 接下来,我将分别给出创建进程线程的示例代码,并解释关键步骤。 注意:在编译多线程程序时,需要链接pthread库,例如:gcc program.c -o program -lpthread 下面分别给出两个示例: </think>### C语言创建进程线程的方法 #### 一、进程创建(fork系统调用) 在Unix/Linux系统中,C语言使用`fork()`系统调用创建新进程: ```c #include <unistd.h> int main() { pid_t pid = fork(); // 创建子进程 if (pid < 0) { // 错误处理 } else if (pid == 0) { // 子进程执行代码 printf("Child PID: %d\n", getpid()); } else { // 父进程执行代码 printf("Parent PID: %d\n", getpid()); } return 0; } ``` **关键特性**: 1. `fork()`创建的子进程是父进程的副本,继承内存、文件描述符等资源 2. 父进程进程执行相同的程序代码 3. 通过返回值区分父子进程: $$ \text{返回值} = \begin{cases} <0 & \text{创建失败} \\ =0 & \text{子进程执行分支} \\ >0 & \text{父进程执行分支(值为子进程PID)} \end{cases} $$ 4. 典型应用场景:Web服务器、Shell命令执行[^2] --- #### 二、线程创建(pthread库) 在POSIX系统中,使用`pthread_create()`函数创建线程: ```c #include <pthread.h> void* thread_func(void* arg) { printf("Thread ID: %lu\n", pthread_self()); return NULL; } int main() { pthread_t tid; int ret = pthread_create(&tid, NULL, thread_func, NULL); if (ret != 0) { // 错误处理 } pthread_join(tid, NULL); // 等待线程结束 return 0; } ``` **关键特性**: 1. 线程共享进程的内存空间文件描述符 2. 需要链接`-lpthread`编译选项 3. 线程同步机制: - 互斥锁(`pthread_mutex_t`)保护共享资源 - 条件变量(`pthread_cond_t`)实现线程协作[^3] 4. 典型应用场景:并发服务器、GUI事件处理 --- #### 三、进程 vs 线程对比 | 特性 | 进程 | 线程 | |------|------|------| | **创建开销** | 高(复制资源) | 低(共享资源) | | **通信方式** | IPC(管道/共享内存) | 共享内存 | | **隔离性** | 强(独立地址空间) | 弱(共享地址空间) | | **调试难度** | 相对简单 | 较复杂(竞态条件) | | **资源分配** | 操作系统分配 | 进程内部分配[^4] | --- #### 四、综合应用示例 实现生产者-消费者模型: ```c #include <pthread.h> #define BUFFER_SIZE 10 int buffer[BUFFER_SIZE]; pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; pthread_cond_t cond_full = PTHREAD_COND_INITIALIZER; pthread_cond_t cond_empty = PTHREAD_COND_INITIALIZER; void* producer(void* arg) { for(int i=0; ; i++) { pthread_mutex_lock(&mutex); while(/* 缓冲区满 */) pthread_cond_wait(&cond_empty, &mutex); // 生产数据到缓冲区 pthread_cond_signal(&cond_full); pthread_mutex_unlock(&mutex); } return NULL; } // 类似实现consumer函数 ``` --- ### 相关问题 1. 进程间通信(IPC)有哪些常用方法? 2. 如何避免多线程编程中的死锁问题? 3. pthread_join()pthread_detach()有何区别? 4. 守护进程(daemon)的创建步骤是什么? 5. 为什么多线程程序需要同步机制? [^1]: Linux学习之C语言的进程线程编程 [^2]: C语言的进程 [^3]: C语言线程 [^4]: 浅谈进程线程创建过程以及小细节
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