线程和进程

简介: 线程和进程

进程

  • 程序由指令和数据组成,但这些指令要运行,数据要读写,就必须将指令加载至 CPU,数据加载至内存。在指令运行过程中

还需要用到磁盘、网络等设备。进程就是用来加载指令、管理内存、管理 IO 的 。

  • 当一个程序被运行,从磁盘加载这个程序的代码至内存,这时就开启了一个进程。
  • 进程就可以视为程序的一个实例。大部分程序可以同时运行多个实例进程(例如记事本、画图、浏览器 等),也有的程序只

能启动一个实例进程(例如网易云音乐、360 安全卫士等)。

  • 操作系统会以进程为单位,分配系统资源(CPU时间片、内存等资源),进程是资源分配的最小单位。

线程

  • 线程是进程中的实体,一个进程可以拥有多个线程,一个线程必须有一个父进程。
  • 一个线程就是一个指令流,将指令流中的一条条指令以一定的顺序交给 CPU 执行 。
  • 线程,有时被称为轻量级进程(Lightweight Process,LWP),是操作系统调度(CPU调度)执行的最小单位。

进程与线程的区别

  • 进程基本上相互独立的,而线程存在于进程内,是进程的一个子集
  • 进程拥有共享的资源,如内存空间等,供其内部的线程共享
  • 进程间通信较为复杂
  • 同一台计算机的进程通信称为 IPC(Inter-process communication)
  • 不同计算机之间的进程通信,需要通过网络,并遵守共同的协议,例如 HTTP
  • 线程通信相对简单,因为它们共享进程内的内存,一个例子是多个线程可以访问同一个共享变量
  • 线程更轻量,线程上下文切换成本一般上要比进程上下文切换低

进程间通信的方式

  1. 管道(pipe)及有名管道(named pipe):管道可用于具有亲缘关系的父子进程间的通信,有名管道除了具有管道所具有的功能外,它还允许无亲缘关系进程间的通信。
  2. 信号(signal):信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟,它是比较复杂的通信方式,用于通知进程有某事件发生,一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求效果上可以说是一致的。
  3. 消息队列(message queue):消息队列是消息的链接表,它克服了上两种通信方式中信号量有限的缺点,具有写权限的进程可以按照一定的规则向消息队列中添加新信息;对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读取信息。
  4. 共享内存(shared memory):可以说这是最有用的进程间通信方式。它使得多个进程可以访问同一块内存空间,不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据的更新。这种方式需要依靠某种同步操作,如互斥锁和信号量等。
  5. 信号量(semaphore):主要作为进程之间及同一种进程的不同线程之间的同步和互斥手段。
  6. 套接字(socket):这是一种更为一般的进程间通信机制,它可用于网络中不同机器之间的进程间通信,应用非常广泛。

1.2 线程的同步互斥

线程同步是指线程之间所具有的一种制约关系,一个线程的执行依赖另一个线程的消息,当它没有得到另一个线程的消息时应等待,直到消息到达时才被唤醒。

线程互斥是指对于共享的进程系统资源,在各单个线程访问时的排它性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时,任何时刻最多只允许一个线程去使用,其它要使用该资源的线程必须等待,直到占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。

四种线程同步互斥的控制方法

  • 临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码,速度快,适合控制数据访问。(在一段时间内只允许一个线程访问的资源就称为临界资源)。
  • 互斥量:为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。
  • 信号量:为控制一个具有有限数量用户资源而设计。
  • 事件:用来通知线程有一些事件已发生,从而启动后继任务的开始。
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