在总结进程和线程之前,我觉得有必要去理解清楚下面几个词的概念:并发、并行。
并发:在操作系统中,是指在一段时间中,有多个进程或者线程都从启动运行到结束运行,但是在任何一个时间点上只有一个进程或者线程在处理器上执行。那么,这样子我们就可以很好的理解进程的并发和线程的并发了。
并行:并行是指在同一个时间点上,有多个进程或者线程在同时运行(这个可以在多核处理器中实现。同一个时间点,多个CPU都在同时处理进程或者线程)
1. 进程和线程
1.1 概述
进程:进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
线程:线程是进程的 一个实体,是CPU调度和分配的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位。线程自己不拥有系统资源,只拥有在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。
一个线程可以创建和撤销另一个另一个线程,同一个进程中的多个线程可以并发执行。
在串行程序中引入线程和进程是为了提高程序的并发度,从而提高程序运行的效率和减少响应时间。
1.2 区别
- 进程和线程是不同的操作系统资源管理方式。再比较细致的讲解一下两者最重要的区别就是从逻辑角度看,多线程的意义在于一个应用程序中,有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做一多个独立的应用,来实现进程的调度以及资源的分配。
- 进程有独立的地址空间,一个进程崩溃后,不会对其他的进程产生影响(这里我查找了资料原话是"一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其他的进程产生影响",这里的“保护模式”我现在还不是很理解是什么意思)。而线程就是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量(这里的描述我能体会,但是还没有很深入的理解,没有学过操作系统。。。之后自己要恶补一下了),但是线程没有单独的地址空间,一个线程死掉就等于整个进程死掉,所以多进程的程序要比多线程健壮,但是在进程切换的时候,耗费的资源较大,效率要低一些。但是对于一个要求同时进行并又要共享某些变量的并发操作的时候,只能用线程,不能用进程。
1.3 优缺点
线程的开销小,但是不利于资源的管理和保护(比如在多线程中,有些时候我们就要进行同步,避免某一变量被不同线程同时操作而造成错误。)。而进程则刚好相反。
2. 多进程和多线程
2.1概述
在总结之前,我也先介绍一下时间片轮转调度算法这一个概念。这里拿进程举例,也就是时间片轮转进程调度算法:在操作系统下,所有正在运行的进程轮流使用CPU,每个进程允许占用CPU的时间非常的短(毫秒级),这样我们使用的时候根本就感觉不出来CPU实在轮流为多个进程服务,感觉就好像是所有的进程是同一时间被CPU处理。但是实际上在任何的时间点仅有一个进程可以占用CPU(再深入到线程,当一个进程占用CPU的时候 ,其实只有该进程中的其中一个线程占用CPU)。然后的话,时间片轮转线程调度算法和上述的描述一样,就是把进程改成线程就可以。
如果一台计算机有多个CPU,如果进程数小于CPU数,则不同的进程可以分配给不同的CPU来运行。这样子,多个进程就是真正的同时运行了(也就是说多个进程在同一时间点都在运行),这便是并行。但是如果进程数大于CPU数,我们在运用了并行技术(进程数大于1的情况下)的同时,也要运用并发技术。
因为在Windows中,是以线程为单位进行CPU的分配的,一个进程有多个线程。简单的可以归成以下关系:
总线程数 = CPU数量(CPU数量 = 1) : 顺序运行
总线程数 > CPU数量(CPU数量 = 1) : 并发运行
总线程数 <= CPU数量(CPU数量>=2) : 并行运行
总线程数 > CPU数量 (CPU数量>=2) : 并行运行和并发运行
分类
根据进程和线程的设置,操作系统可以大致分为如下类型:
- 单进程、单线程:MS-DOS
- 多进程、单线程:多数UNIX(以及类UNIX的LINUX)
- 多进程、多线程:Windows
- 单进程、多线程:VxWorks
引入线程带来的好处:
(1)在进程内创建、终止线程比创建、终止进程要快。
(2)同一进程内线程间的切换比进程间的切换要快,尤其是用户级线程间的切换。(因为展现在用户眼前的界面或者操作,如果切换的时间比较慢,那么给用户的实际操作体验会非常的不好。)