进程和线程相关知识

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1.进程和线程的区别

进程:
进程是资源(CPU、内存等)分配的基本单位,它是程序执行时的一个实例。程序运行时系统就会创建一个进程,并为它分配资源,然后把该进程放入进程就绪队列,进程调度器选中它的时候就会为它分配CPU时间,程序开始真正运行。

线程:
线程是程序执行时的最小单位,它是进程的一个执行流,是CPU调度和分派的基本单位,一个进程可以由很多个线程组成,线程间共享进程的所有资源,每个线程有自己的堆栈和局部变量。线程由CPU独立调度执行,在多CPU环境下就允许多个线程同时运行。同样多线程也可以实现并发操作,每个请求分配一个线程来处理。

共同点: 它们都能提高程序的并发度,提高程序运行效率和响应时间。线程和进程在使用上各有优缺点。 线程执行开销比较小,但不利于资源的管理和保护,而进程相反。同时,线程适合在SMP机器上运行,而进程可以跨机器迁移。

区别: 他们之间根本区别在于 多进程中每个进程有自己的地址空间,线程则共享地址空间。所有其他区别都是因为这个区别产生的。比如说:

  1. 速度。线程产生的速度快,通讯快,切换快,因为他们处于同一地址空间。
  2. 线程的资源利用率好。
  3. 线程使用公共变量或者内存的时候需要同步机制,但进程不用。

而他们通信方式的差异也仍然是由于这个根本原因造成的。

2.进程和线程各自的通信方式

进程:

1.管道( pipe ):
管道是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
2.有名管道 (namedpipe) :
有名管道也是半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
3.信号量(semophore ) :
信号量是一个计数器,可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制,防止某进程正在访问共享资源时,其他进程也访问该资源。因此,主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
4.消息队列( messagequeue ) :
消息队列是由消息的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识。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缺点。
5.信号 (sinal ) :
信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生。
6.共享内存(shared memory ) :
共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式,它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制,如信号两,配合使用,来实现进程间的同步和通信。
7.套接字(socket ) :
套接口也是一种进程间通信机制,与其他通信机制不同的是,它可用于不同设备及其间的进程通信。

线程:

1.锁机制:包括互斥锁、条件变量、读写锁
互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法。
读写锁允许多个线程同时读共享数据,而对写操作是互斥的。
条件变量可以以原子的方式阻塞进程,直到某个特定条件为真为止。对条件的测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。
2.信号量机制(Semaphore):包括无名线程信号量和命名线程信号量
3.信号机制(Signal):类似进程间的信号处理
线程间的通信目的主要是用于线程同步,所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机制。

3.内核对进程和线程有区分吗

从内核的角度来说,它并没有线程这个概念。 Linux把所有线程都当做进程来实现。内核并没有准备特别的调度算法或者定义特别的数据结构来表示线程。相反, 线程仅仅被视为一个与其他进程共享某些资源的进程。每个线程都拥有唯一属于自己的task_struct,所以在内核中,它看起来就像是一个普通的进程 (只是该进程和其他一些进程共享某些资源,如地址空间)

1.内核经常需要在后台执行一些操作。这种任务可以通过内核线程 (kernel thread)完成。
2.内核线程和普通的进程间的区别在于内核线程没有独立的地址空间。
3.内核线程只在内核空间运行,从来不切换到用户空间去。内核进程和 普通进程一样,可以被调度,也可以被抢占
4.内核线程也只能由其他内核线程创建。
5.一般情况下,内核线程会将它在创建时得到的函数永远执行下去(除非系统重启)。改函数通常由一个循环构成,在需要的时候,这个内核线程就会被唤醒和执行吗,完成了当前任务,它会自行休眠。

4.进程和线程内部存储结构

进程:
首先要来理解一下可执行文件加载进内存后形成的进程在内存中的结构,如下图:
在这里插入图片描述
1.代码区:存放CPU执行的机器指令,代码区是可共享,并且是只读的。
2.数据区:存放已初始化的全局变量、静态变量(全局和局部)、常量数据。
3.BBS区:存放的是未初始化的全局变量和静态变量。
4.栈区:由编译器自动分配释放,存放函数的参数值、返回值和局部变量,在程序运行过程中实时分配和释放,栈区由操作系统自动管理,无须程序员手动管理。
5.堆区:堆是由malloc()函数分配的内存块,使用free()函数来释放内存,堆的申请释放工作由程序员控制,容易产生内存泄漏。

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