并行程序的几个基本概念——进程与线程
对进程与线程有一个宏观上的了解:
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,竟争计算机系统资源的基本单位。每一个进程都有一个自己的地址空间,即进程空间或(虚空间)。进程空间的大小 只与处理机的位数有关,一个 16 位长处理机的进程空间大小为 216 ,而 32 位处理机的进程空间大小为 232 。进程至少有 5 种基本状态,它们是:初始态,执行态,等待状态,就绪状态,终止状态。
线程,在网络或多用户环境下,一个服务器通常需要接收大量且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是行不通的,——无论是从系统资源开销方面或是响应用户请求的效率方面来看。因此,操作系统中线程的概念便被引进了。线程,是进程的一部分,一个没有线程的进程可以被看作是单线程的。线程有时又被称为轻权进程或轻量级进程,也是 CPU 调度的一个基本单位。
1. 进程
进程是操作系统进行资源分配的基本单位。
进程控制块 (Process Control Block, PCB) 描述进程的基本信息和运行状态,所谓的创建进程和撤销进程,都是指对 PCB 的操作。
2. 线程
一个线程中可以有多个线程,是独立调度的基本单位。同一个进程中的多个线程之间可以并发执行,它们共享进程资源。
3. 区别
① 拥有资源:进程是资源分配的基本单位,但是线程不拥有资源,线程可以访问率属进程的资源。
② 调度:线程是独立调度的基本单位,在同一进程中,线程的切换不会引起进程切换,从一个进程内的线程切换到另一个进程中的线程时,会引起进程切换。
③ 系统开销:由于创建或撤销进程时,系统都要为之分配或回收资源,如内存空间、I/O 设备等,因此操作系统所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销。类似地,在进行进程切换时,涉及当前执行进程 CPU 环境的保存及新调度进程 CPU 环境的设置。而线程切换时只需保存和设置少量寄存器内容,开销很小。此外,由于同一进程内的多个线程共享进程的地址空间,因此,这些线程之间的同步与通信非常容易实现,甚至无需操作系统的干预。
④ 通信方面:进程间通信 (IPC) 需要进程同步和互斥手段的辅助,以保证数据的一致性,而线程间可以通过直接读/写进程数据段(如全局变量)来进行通信。
举例:QQ 和 浏览器是两个进程,浏览器进程里面有很多线程,例如 http 请求线程、事件响应线程、渲染线程等等,线程的并发执行使得在浏览器中点击一个新链接从而发起 http 请求时,浏览器还可以响应用户的其它事件。
1. 线程的执行特性。
线程只有 3 个基本状态:就绪,执行,阻塞。
线程存在 5 种基本操作来切换线程的状态:派生,阻塞,激活,调度,结束。
2. 进程通信。
单机系统中进程通信有 4 种形式:主从式,会话式,消息或邮箱机制,共享存储区方式。
主从式典型例子:终端控制进程和终端进程。
会话式典型例子:用户进程与磁盘管理进程之间的通信。