1.线程与进程的定义
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:线程是进程的一个实体,也是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位,有时又被称为轻权进程或轻量级进程。
抛开各种技术细节,从应用程序角度讲:
1、在单核计算机里,有一个资源是无法被多个程序并行使用的:cpu。
没有操作系统的情况下,一个程序一直独占着全都cpu。如果要有两个任务来共享同一个CPU,程序员就需要仔细地为程序安排好运行计划--某时刻cpu和由程序A来独享,下一时刻cpu由程序B来独享。
而这种安排计划后来成为OS的核心组件,被单独名命为“scheduler”,即“调度器”,它关心的只是怎样把单个cpu的运行拆分成一段一段的“运行片”,轮流分给不同的程序去使用,而在宏观上,因为分配切换的速度极快,就制造出多程序并行在一个cpu上的假象。
2、在单核计算机里,有一个资源可以被多个程序共用,然而会引出麻烦:内存。
在一个只有调度器,没有内存管理组件的操作系统上,程序员需要手工为每个程序安排运行的空间 -- 程序A使用物理地址0x00-0xff,程序B使用物理地址0x100-0x1ff,等等。
然而这样做有个很大的问题:每个程序都要协调商量好怎样使用同一个内存上的不同空间,软件系统和硬件系统千差万别,使这种定制的方案没有可行性。
为了解决这个麻烦,计算机系统引入了“虚拟地址”的概念,从三方面入手来做:
1、硬件上,CPU增加了一个专门的模块叫MMU,负责转换虚拟地址和物理地址。
2、操作系统上,操作系统增加了另一个核心组件:memory management,即内存管理模块,它管理物理内存、虚拟内存相关的一系列事务。
3、应用程序上,发明了一个叫做【进程】的模型,(注意)每个进程都用【完全一样的】虚拟地址空间,然而经由操作系统和硬件MMU协作,映射到不同的物理地址空间上。不同的【进程】,都有各自独立的物理内存空间,不用一些特殊手段,是无法访问别的进程的物理内存的。
3、现在,不同的应用程序,可以不关心底层的物理内存分配,也不关心CPU的协调共享了。然而还有一个问题存在:有一些程序,想要共享CPU,【并且还要共享同样的物理内存】,这时候,一个叫【线程】的模型就出现了,它们被包裹在进程里面,在调度器的管理下共享CPu,拥有同样的虚拟地址空间,同时也共享同一个物理地址空间,然而,它们无法越过包裹自己的进程,去访问别一个进程的物理地址空间。
4、进程之间怎样共享同一个物理地址空间呢?不同的系统方法各异,符合posix规范的操作系统都提供了一个接口,叫mmap,可以把一个物理地址空间映射到不同的进程中,由不同的进程来共享。
2 进程和线程的关系:
- 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。
- 资源分配给进程,同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。
- 处理机分给线程,即真正在处理机上运行的是线程。
- 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。
3.线程与进程的区别
- 进程是资源的分配和调度的一个独立单元,而线程是CPU调度的基本单元。
- 同一个进程中可以包括多个线程,并且线程共享整个进程的资源(寄存器、堆栈、上下文),一个进行至少包括一个线程。
- 进程的创建调用fork或者vfork,而线程的创建调用pthread_create,进程结束后它拥有的所有线程都将销毁,而线程的结束不会影响同个进程中的其他线程的结束
- 线程是轻量级的进程,它的创建和销毁所需要的时间比进程小很多,所有操作系统中的执行功能都是创建线程去完成的。
- 线程中执行时一般都要进行同步和互斥,因为他们共享同一进程的所有资源。
- 线程有自己的私有属性TCB,线程id,寄存器、硬件上下文,而进程也有自己的私有属性进程控制块PCB,这些私有属性是不被共享的,用来标示一个进程或一个线程的标志。