操作系统之进程与线程

进程和线程

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（1）线程是进程的一个实体，一个进程可以拥有多个线程，多个线程也可以并发执行。一个没有线程的进程也可以看做是单线程的，同样线程也经常被看做是一种轻量级的进程。并且进程可以不依赖于线程而单独存在，而线程则不然。

（2）进程是并发程序在一个数据集合上的一次执行过程，进程是系统进行资源分配和调度的独立单位，线程是进程的实体，它是比进程更小的能够独立执行的基本单元，线程自己不拥有任何系统资源，但是它可以访问其隶属进程的全部资源。

（3） 与进程的控制表PCB相似，线程也有自己的控制表TCB，但是TCB中所保存的线程状态比PCB表少得多。

进程的作用与定义：是为了提高CPU的执行效率，为了避免因等待而造成CPU空转以及其他计算机硬件资源的浪费而提出来的。

线 程的引入：例如，有一个Web服务器要进程的方式并发地处理来自不同用户的网页访问请求的话，可以创建父进程和多个子进 程的方式来进行处理，但是创建一个进程要花费较大的系统开销和占用较多的资源。除外，这些不同的用户子进程在执行的时候涉及到进程上下文切换，上下文切换 是一个复杂的过程。所以，为了减少进程切换和创建的开销，提高执行效率和节省资源，人们在操作系统中引入了"线程（thread）"的概念。

进程和线程的区别

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主要从调度、并发性、系统开销、拥有资源等方面对进程和线程进行比较。

调度

在传统的操作系统中，拥有资源的基本单位和独立调度、分派的基本单位都是进程。而引入线程的操作系统，则把线程作为调度和分派的基本单位，而进程作为资源拥有的基本单位。

并发性

引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间也可以并发执行，因而使操作系统具有更好的并发性，有效的使用系统资源和提高系统吞吐量。

系统开销

进程是拥有系统资源的一个独立单位，拥有自己的资源。线程自己不拥有系统资源，但是可以访问隶属进程的资源。一和进程的代码段、数据段以及系统资源可以供同一进程的其他所有线程共享。

拥有资源

在创建或撤销进程时，系统要为之分配或回收资源，如内存空间、I/O设备等。

操作系统所付出的开销显著大于创建、撤销进程开销。

进程切换涉及到当前进程CPU环境的保存环境的设置以及被调度运行的进程的CPU环境的设置。

线程切换只需要保存和设置少量的寄存器的内容。

进程切换开销远大于线程切换开销。

同一进程中多个线程具有相同的地址和空间，使线程之间的同步和通信实现变得简单。

进程的通讯方式

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所谓进程通信，是指正在运行的进程之间相互交换信息。

• 管道中还有命名管道和非命名管道之分，非命名管道只能用于父子进程通讯，命名管道科用于非父子进程，命名管道就是FIFO,管道就是先进先出的通讯方式。FIFO是一种先进先出的队列，它类似于一个管道，只允许数据单向流动。每个FIFO都有一个名字，允许不相关的进程访问同一个FIFO,因此也成为命名管道。

• 消息队列：是用于两个进程之间的通讯，首先在一个进程中创建一个消息队列，然后往消息队列中写数据，而另一个进程则从那个消息队列中取数据。需要注意的是，消息队列是用创建文件的方式进行建立的，如果说一个进程向某个消息队列中写入数据之后，另一个进程没有取出数据，即使向消息队列中写数据已经结束，保存在消息队列中的数据没有丢失，也就是说下次再从消息队列中取数据时还是上次的数据。

• 信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步。

• 共享内存：只要首先创建一个共享内存区，其他线程按照一定的步骤就能访问到这个共享内存区的数据，当然可读科写。

通讯方式比较

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• 管道：速度慢，容量有限

• 消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题。

• 信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步

• 共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了一块内存的。