线程、进程、并发、并行

进程和线程

1、首先是定义

进程:是执行中一段程序,即一旦程序被载入到内存中并准备执行,它就是一个进程。进程是表示资源分配的的基本概念,又是调度运行的基本单位,是系统中的并发执行的单位。

线程:单个进程中执行中每个任务就是一个线程。线程是进程中执行运算的最小单位。

2、一个线程只能属于一个进程,但是一个进程可以拥有多个线程。多线程处理就是允许一个进程中在同一时刻执行多个任务。

3、线程是一种轻量级的进程,与进程相比,线程给操作系统带来侧创建、维护、和管理的负担要轻,意味着线程的代价或开销比较小。

4、线程没有地址空间,线程包含在进程的地址空间中。线程上下文只包含一个堆栈、一个寄存器、一个优先权,线程文本包含在他的进程 的文本片段中,进程拥有的所有资源都属于线程。所有的线程共享进程的内存和资源。 同一进程中的多个线程共享代码段(代码和常量),数据段(全局变量和静态变量),扩展段(堆存储)。但是每个线程拥有自己的栈段, 寄存器的内容,栈段又叫运行时段,用来存放所有局部变量和临时变量。

5、父和子进程使用进程间通信机制,同一进程的线程通过读取和写入数据到进程变量来通信。

6、进程内的任何线程都被看做是同位体,且处于相同的级别。不管是哪个线程创建了哪一个线程,进程内的任何线程都可以销毁、挂起、恢复和更改其它线程的优先权。线程也要对进程施加控制,进程中任何线程都可以通过销毁主线程来销毁进程,销毁主线程将导致该进程的销毁,对主线程的修改可能影响所有的线程。

7、子进程不对任何其他子进程施加控制,进程的线程可以对同一进程的其它线程施加控制。子进程不能对父进程施加控制,进程中所有线程都可以对主线程施加控制。

相同点:

进程和线程都有ID/寄存器组、状态和优先权、信息块,创建后都可更改自己的属性,都可与父进程共享资源、都不鞥直接访问其他无关进程或线程的资源。

进程:是并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位,是一个动态概念,竞争计算机系统资源的基本单位。

线程:是进程的一个执行单元,是进程内科调度实体。比进程更小的独立运行的基本单位。线程也被称为轻量级进程。

一个程序至少一个进程,一个进程至少一个线程。

为什么会有线程?

 每个进程都有自己的地址空间,即进程空间,在网络或多用户换机下,一个服务器通常需要接收大量不确定数量用户的并发请求,为每一个请求都创建一个进程显然行不通(系统开销大响应用户请求效率低),因此操作系统中线程概念被引进。

线程的执行过程是线性的,尽管中间会发生中断或者暂停,但是进程所拥有的资源只为改线状执行过程服务,一旦发生线程切换,这些资源需要被保护起来。

进程分为单线程进程和多线程进程,单线程进程宏观来看也是线性执行过程,微观上只有单一的执行过程。多线程进程宏观是线性的,微观上多个执行操作。

线程的改变只代表CPU的执行过程的改变,而没有发生进程所拥有的资源的变化。

进程线程的区别:

地址空间:同一进程的线程共享本进程的地址空间,而进程之间则是独立的地址空间。

资源拥有:同一进程内的线程共享本进程的资源如内存、I/O、cpu等,但是进程之间的资源是独立的。

一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其他进程产生影响,但是一个线程崩溃整个进程都死掉。所以多进程要比多线程健壮。

进程切换时,消耗的资源大,效率高。所以涉及到频繁的切换时,使用线程要好于进程。同样如果要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作,只能用线程不能用进程

执行过程:每个独立的进程程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序入口。但是线程不能独立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程执行控制。

线程是处理器调度的基本单位,但是进程不是。

两者均可并发执行。

优缺点:

 线程执行开销小,但是不利于资源的管理和保护。线程适合在SMP机器(双CPU系统)上运行。

  进程执行开销大,但是能够很好的进行资源管理和保护。进程可以跨机器前移。

何时使用多进程,何时使用多线程?

对资源的管理和保护要求高,不限制开销和效率时,使用多进程。

要求效率高,频繁切换时,资源的保护管理要求不是很高时,使用多线程。

并发(concurrency)和并行(parallellism)是:

解释一:并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生;而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔发生。

解释二:并行是在不同实体上的多个事件,并发是在同一实体上的多个事件

解释三:在一台处理器上“同时”处理多个任务,在多台处理器上同时处理多个任务。如hadoop分布式集群

所以并发编程的目标是充分的利用处理器的每一个核,以达到最高的处理性能。

并行(parallel):指在同一时刻,有多条指令在多个处理器上同时执行。所以无论从微观还是从宏观来看,二者都是一起执行的。

parallel.jpg

并发(concurrency):指在同一时刻只能有一条指令执行,但多个进程指令被快速的轮换执行,使得在宏观上具有多个进程同时执行的效果,但在微观上并不是同时执行的,只是把时间分成若干段,使多个进程快速交替的执行。

concurrency.jpg

并行在多处理器系统中存在,而并发可以在单处理器和多处理器系统中都存在,并发能够在单处理器系统中存在是因为并发是并行的假象,并行要求程序能够同时执行多个操作,而并发只是要求程序假装同时执行多个操作(每个小时间片执行一个操作,多个操作快速切换执行)。

当有多个线程在操作时,如果系统只有一个 CPU,则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程,它只能把 CPU 运行时间划分成若干个时间段,再将时间段分配给各个线程执行,在一个时间段的线程代码运行时,其它线程处于挂起状态.这种方式我们称之为并发(Concurrent)。

当系统有一个以上 CPU 时,则线程的操作有可能非并发。当一个 CPU 执行一个线程时,另一个 CPU 可以执行另一个线程,两个线程互不抢占 CPU 资源,可以同时进行,这种方式我们称之为并行(Parallel)。

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