进程与线程

文章目录

• 进程基本概念
• 线程基本概念
• 两者的区别
• 进程间的通信
• 线程间的通信

进程基本概念

进程是对运行时程序的封装，是系统进行资源调度和分配的基本单位，实现操作系统的并发。

线程基本概念

• 线程是进程的子任务，是cpu调度和分配的基本单位，用于保证程序的实时性，实现进程内的并发；
• 线程是操作系统的可识别的最小执行和调度的单位。
• 每个线程都独立占用一个虚拟处理器：独立的寄存器组，指令计数器和处理器状态。
• 每个线程完成不同的任务，但是共享同一地址空间（也就是同样的动态内存，映射文件，目标代码等等），打开的文件队列和其他内核资源

两者的区别

\	进程	线程
两者的联系	一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程	线程依赖进程存在，一个线程只能属于一个进程
内存空间	拥有独立的内存空间	多个线程共享该进程的所有资源，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（运行时段，用来存放所有局部变量和临时变量）
与系统关系	是资源分配的最小单位	是cpu调度的最小单位
系统开销	由于在创建或撤销进程时，系统都会为之分配和回收资源，因此操作系统为进程所付出的开销远大于线程，类似地，在进行进程切换时，涉及到整个当前进程CPU环境的保存以及新被调度运行的进程的CPU环境的设置。	而线程切换只须保存和设置少量寄存器的内容，并不涉及存储器管理方面的操作。可见，进程切换的开销也远大于线程切换的开销。
通信	进程间通信比较复杂	同一进程的线程由于共享代码段和数据段，所以通信比较容易。
编程调试难度	编程调试简单可靠性高，但是创建销毁开销大	线程正相反，开销小，切换速度快，但是编程调试相对复杂。
稳定性	一个进程崩溃，不会对其他进程产生影响；	而一个线程崩溃，会让同一进程内的其他线程也死掉。

进程间的通信

通信方式	概述	特点
1，管道	管道主要包括无名管道和命名管道	管道可用于具有亲缘关系的父子进程间的通信
1.1 普通管道PIPE	它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端	1. 它只能用于具有亲缘关系的进程之间的通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）2.它可以看成是一种特殊的文件，对于它的读写也可以使用普通的read、write等函数。但是它不是普通的文件，并不属于其他任何文件系统，并且只存在于内存中。
1.2 命名管道FIFO	FIFO可以在无关的进程之间交换数据	FIFO有路径名与之相关联，它以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。
系统IPC	包括消息队列、信号量、信号、共享内存
消息队列	是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标记。 (消息队列克服了信号传递信息少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等特点)具有写权限得进程可以按照一定得规则向消息队列中添加新信息；对消息队列有读权限得进程则可以从消息队列中读取信息；	1）消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。2）消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除。3）消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。
信号量	它是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间通信数据。	1）信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存。2）信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作。3）每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数。4）支持信号量组。
信号	比较复杂	用于通知接收进程某个事件已经发生。
共享内存	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得更新。这种方式需要依靠某种同步操作，如互斥锁和信号量等	(1）共享内存是最快的一种IPC，因为进程是直接对内存进行存取 (2）因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步(3）信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问
套接字socket	socket也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同主机之间的进程通信。

线程间的通信

• 临界区：通过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；
• 互斥量Synchronized/Lock：采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限。因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问
• 信号量Semphare：为控制具有有限数量的用户资源而设计的，它允许多个线程在同一时刻去访问同一个资源，但一般需要限制同一时刻访问此资源的最大线程数目。
• 事件(信号)，Wait/Notify：通过通知操作的方式来保持多线程同步，还可以方便的实现多线程优先级的比较操作