进程(process)和线程(thread)是操作系统的基本概念
一个简单解释
- 计算机的核心是 CPU,它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂,时刻在运行
- 假定工厂的电力有限,一次只能供给一个车间使用。也就是说,一个车间开工的时候,其他车间都必须停工。背后的含义就是,单个 CPU 一次只能运行一个任务
- 进程就好比工厂的车间,它代表 CPU 所能处理的单个任务。任一时刻,CPU 总是运行一个进程,其他进程处于非运行状态
- 一个车间里,可以有很多工人。他们协同完成一个任务
- 线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程
- 车间的空间是工人们共享的,比如许多房间是每个工人都可以进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的,每个线程都可以使用这些共享内存
- 可是,每间房间的大小不同,有些房间最多只能容纳一个人,比如厕所。里面有人的时候,其他人就不能进去了。这代表一个线程使用某些共享内存时,其他线程必须等它结束,才能使用这一块内存
- 一个防止他人进入的简单方法,就是门口加一把锁。先到的人锁上门,后到的人看到上锁,就在门口排队,等锁打开再进去。这就叫”互斥锁”(Mutual exclusion,缩写 Mutex),防止多个线程同时读写某一块内存区域
- 还有些房间,可以同时容纳 n 个人,比如厨房。也就是说,如果人数大于 n,多出来的人只能在外面等着。这好比某些内存区域,只能供给固定数目的线程使用
- 这时的解决方法,就是在门口挂 n 把钥匙。进去的人就取一把钥匙,出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了,就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做”信号量”(Semaphore),用来保证多个线程不会互相冲突。不难看出,mutex 是 semaphore 的一种特殊情况(n=1 时)。也就是说,完全可以用后者替代前者。但是,因为 mutex 较为简单,且效率高,所以在必须保证资源独占的情况下,还是采用这种设计
操作系统的设计,因此可以归结为三点:
- 以多进程形式,允许多个任务同时运行;
- 以多线程形式,允许单个任务分成不同的部分运行;
- 提供协调机制,一方面防止进程之间和线程之间产生冲突,另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。
概念
进程是程序执行时的一个实例,即它是程序已经执行到课中程度的数据结构的汇集。从内核的观点看,进程的目的就是担当分配系统资源(CPU 时间、内存等)的基本单位。
线程是进程的一个执行流,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。一个进程由几个线程组成(拥有很多相对独立的执行流的用户程序共享应用程序的大部分数据结构),线程与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。
进程——资源分配的最小单位,线程——程序执行的最小单位
进程有独立的地址空间,一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其它进程产生影响,而线程只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,但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的程序健壮,但在进程切换时,耗费资源较大,效率要差一些。但对于一些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。
总的来说就是:进程有独立的地址空间,线程没有单独的地址空间(同一进程内的线程共享进程的地址空间)。
另一段解释:
进程,是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构的基础。它的执行需要系统分配资源创建实体之后,才能进行。
随着技术发展,在执行一些细小任务时,本身无需分配单独资源时(多个任务共享同一组资源即可,比如所有子进程共享父进程的资源),进程的实现机制依然会繁琐的将资源分割,这样造成浪费,而且还消耗时间。后来就有了专门的多任务技术被创造出来——线程。
线程的特点就是在不需要独立资源的情况下就可以运行。如此一来会极大节省资源开销,以及处理时间。
process
进程(process)常常被定义为程序的执行。可以把一个进程看成是一个独立的程序,在内存中有其完备的数据空间和代码空间。一个进程所拥有的数据和变量只属于它自己。
thread
线程(thread)则是某一进程中一路单独运行的程序。也就是说,线程存在于进程之中。一个进程由一个或多个线程构成,各线程共享相同的代码和全局数据,但各有其自己的堆栈。由于堆栈是每个线程一个,所以局部变量对每一线程来说是私有的。由于所有线程共享同样的代码和全局数据,它们比进程更紧密,比单独的进程间更趋向于相互作用,线程间的相互作用更容易些,因为它们本身就有某些供通信用的共享内存:进程的全局数据。