多進(jìn)程與多線程的基本概念

嵌入式Linux中文站關(guān)注線程進(jìn)程的基本概念，特別為大家推薦下文：

進(jìn)程（英語：Process，中國大陸譯作進(jìn)程，***譯作行程）是計(jì)算機(jī)中已運(yùn)行程序的實(shí)體。進(jìn)程本身不會(huì)運(yùn)行，是線程的容器。程序本身只是指令的集合，進(jìn)程才是程序（那些指令）的真正運(yùn)行。若干進(jìn)程有可能與同一個(gè)程序相關(guān)系，且每個(gè)進(jìn)程皆可以同步（循序）或不同步（平行）的方式獨(dú)立運(yùn)行。進(jìn)程為現(xiàn)今分時(shí)系統(tǒng)的基本運(yùn)作單位

線程（英語：thread，***譯為運(yùn)行緒），操作系統(tǒng)技術(shù)中的術(shù)語，是操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位。它被包涵在進(jìn)程之中，一條線程指的是進(jìn)程中一個(gè)單一順序的控制流，一個(gè)進(jìn)程中可以并發(fā)多個(gè)線程，每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù)。在Unix System V及SunOS中也被稱為輕量進(jìn)程（lightweight processes），但輕量進(jìn)程更多指內(nèi)核線程(kernel thread)，而把用戶線程(user thread)稱為線程。

線程是獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位。線程可以操作系統(tǒng)內(nèi)核調(diào)度的內(nèi)核線程，如Win32 線程；由用戶進(jìn)程自行調(diào)度的用戶線程，如Linux Portable Thread； 或者由內(nèi)核與用戶進(jìn)程，如Windows 7的線程，進(jìn)行混合調(diào)度。

同一進(jìn)程中的多條線程將共享該進(jìn)程中的全部系統(tǒng)資源，如虛擬地址空間，文件描述符和信號(hào)處理等等。但同一進(jìn)程中的多個(gè)線程有各自的調(diào)用棧(call stack)，自己的寄存器環(huán)境（register context)，自己的線程本地存儲(chǔ)(thread-local storage)。

一個(gè)進(jìn)程可以有很多線程，每條線程并行執(zhí)行不同的任務(wù)。

在多核或多CPU，或支持Hyper-threading的CPU上使用多線程程序設(shè)計(jì)的好處是顯而易見，即提高了程序的執(zhí)行吞吐率。在單CPU單核的計(jì)算機(jī)上，使用多線程技術(shù)，也可以把進(jìn)程中負(fù)責(zé)IO處理、人機(jī)交互而常備阻塞的部分與密集計(jì)算的部分分開來執(zhí)行，編寫專門的workhorse線程執(zhí)行密集計(jì)算，從而提高了程序的執(zhí)行效率

進(jìn)程是資源分配的最小單位，線程是CPU調(diào)度的最小單位。線程和進(jìn)程的區(qū)別在于,子進(jìn)程和父進(jìn)程有不同的代碼和數(shù)據(jù)空間,而多個(gè)線程則共享數(shù)據(jù)空間,每個(gè)線程有自己的執(zhí)行堆棧和程序計(jì)數(shù)器為其執(zhí)行上下文.多線程主要是為了節(jié)約CPU時(shí)間,發(fā)揮利用,根據(jù)具體情況而定. 線程的運(yùn)行中需要使用計(jì)算機(jī)的內(nèi)存資源和CPU。

多進(jìn)程： 進(jìn)程是程序在計(jì)算機(jī)上的一次執(zhí)行活動(dòng)。當(dāng)你運(yùn)行一個(gè)程序，你就啟動(dòng)了一個(gè)進(jìn)程。顯然，程序是死的(靜態(tài)的)，進(jìn)程是活的(動(dòng)態(tài)的)。進(jìn)程可以分為系統(tǒng)進(jìn)程和用戶進(jìn)程。凡是用于完成操作系統(tǒng)的各種功能的進(jìn)程就是系統(tǒng)進(jìn)程，它們就是處于運(yùn)行狀態(tài)下的操作系統(tǒng)本身；所有由用戶啟動(dòng)的進(jìn)程都是用戶進(jìn)程。進(jìn)程是操作系統(tǒng)進(jìn)行資源分配的單位。 進(jìn)程又被細(xì)化為線程，也就是一個(gè)進(jìn)程下有多個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的更小的單位。在同一個(gè)時(shí)間里，同一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中如果允許兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)，這便是多任務(wù)。現(xiàn)代的操作系統(tǒng)幾乎都是多任務(wù)操作系統(tǒng)，能夠同時(shí)管理多個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行。 多任務(wù)帶來的好處是明顯的，比如你可以邊聽mp3邊上網(wǎng)，與此同時(shí)甚至可以將下載的文檔打印出來，而這些任務(wù)之間絲毫不會(huì)相互干擾。那么這里就涉及到并行的問題，俗話說，一心不能二用，這對(duì)計(jì)算機(jī)也一樣，原則上一個(gè)CPU只能分配給一個(gè)進(jìn)程，以便運(yùn)行這個(gè)進(jìn)程。我們通常使用的計(jì)算機(jī)中只有一個(gè)CPU，也就是說只有一顆心，要讓它一心多用，同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，就必須使用并發(fā)技術(shù)。實(shí)現(xiàn)并發(fā)技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，最容易理解的是“時(shí)間片輪轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度算法”，它的思想簡(jiǎn)單介紹如下：在操作系統(tǒng)的管理下，所有正在運(yùn)行的進(jìn)程輪流使用CPU，每個(gè)進(jìn)程允許占用CPU的時(shí)間非常短(比如10毫秒)，這樣用戶根本感覺不出來 CPU是在輪流為多個(gè)進(jìn)程服務(wù)，就好象所有的進(jìn)程都在不間斷地運(yùn)行一樣。但實(shí)際上在任何一個(gè)時(shí)間內(nèi)有且僅有一個(gè)進(jìn)程占有CPU。 如果一臺(tái)計(jì)算機(jī)有多個(gè)CPU，情況就不同了，如果進(jìn)程數(shù)小于CPU數(shù)，則不同的進(jìn)程可以分配給不同的CPU來運(yùn)行，這樣，多個(gè)進(jìn)程就是真正同時(shí)運(yùn)行的，這便是并行。但如果進(jìn)程數(shù)大于CPU數(shù)，則仍然需要使用并發(fā)技術(shù)。 進(jìn)行CPU分配是以線程為單位的，一個(gè)進(jìn)程可能由多個(gè)線程組成，這時(shí)情況更加復(fù)雜，但簡(jiǎn)單地說，有如下關(guān)系：

總線程數(shù)<= CPU數(shù)量：并行運(yùn)行

總線程數(shù)> CPU數(shù)量：并發(fā)運(yùn)行

并行運(yùn)行的效率顯然高于并發(fā)運(yùn)行，所以在多CPU的計(jì)算機(jī)中，多任務(wù)的效率比較高。但是，如果在多CPU計(jì)算機(jī)中只運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程(線程)，就不能發(fā)揮多CPU的優(yōu)勢(shì)。 這里涉及到多任務(wù)操作系統(tǒng)的問題，多任務(wù)操作系統(tǒng)(如Windows)的基本原理是:操作系統(tǒng)將CPU的時(shí)間片分配給多個(gè)線程,每個(gè)線程在操作系統(tǒng)指定的時(shí)間片內(nèi)完成(注意,這里的多個(gè)線程是分屬于不同進(jìn)程的).操作系統(tǒng)不斷的從一個(gè)線程的執(zhí)行切換到另一個(gè)線程的執(zhí)行,如此往復(fù),宏觀上看來,就好像是多個(gè)線程在一起執(zhí)行.由于這多個(gè)線程分屬于不同的進(jìn)程,因此在我們看來,就好像是多個(gè)進(jìn)程在同時(shí)執(zhí)行,這樣就實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)

多線程：在計(jì)算機(jī)編程中，一個(gè)基本的概念就是同時(shí)對(duì)多個(gè)任務(wù)加以控制。許多程序設(shè)計(jì)問題都要求程序能夠停下手頭的工作，改為處理其他一些問題，再返回主進(jìn)程。可以通過多種途徑達(dá)到這個(gè)目的。最開始的時(shí)候，那些掌握機(jī)器低級(jí)語言的程序員編寫一些“中斷服務(wù)例程”，主進(jìn)程的暫停是通過硬件級(jí)的中斷實(shí)現(xiàn)的。盡管這是一種有用的方法，但編出的程序很難移植，由此造成了另一類的代價(jià)高昂?jiǎn)栴}。中斷對(duì)那些實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的任務(wù)來說是很有必要的。但對(duì)于其他許多問題，只要求將問題劃分進(jìn)入獨(dú)立運(yùn)行的程序片斷中，使整個(gè)程序能更迅速地響應(yīng)用戶的請(qǐng)求?！　?br>最開始，線程只是用于分配單個(gè)處理器的處理時(shí)間的一種工具。但假如操作系統(tǒng)本身支持多個(gè)處理器，那么每個(gè)線程都可分配給一個(gè)不同的處理器，真正進(jìn)入“并行運(yùn)算”狀態(tài)。從程序設(shè)計(jì)語言的角度看，多線程操作最有價(jià)值的特性之一就是程序員不必關(guān)心到底使用了多少個(gè)處理器。程序在邏輯意義上被分割為數(shù)個(gè)線程；假如機(jī)器本身安裝了多個(gè)處理器，那么程序會(huì)運(yùn)行得更快，毋需作出任何特殊的調(diào)校。根據(jù)前面的論述，大家可能感覺線程處理非常簡(jiǎn)單。但必須注意一個(gè)問題：共享資源！如果有多個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行，而且它們?cè)噲D訪問相同的資源，就會(huì)遇到一個(gè)問題。舉個(gè)例子來說，兩個(gè)線程不能將信息同時(shí)發(fā)送給一臺(tái)打印機(jī)。為解決這個(gè)問題，對(duì)那些可共享的資源來說（比如打印機(jī)），它們?cè)谑褂闷陂g必須進(jìn)入鎖定狀態(tài)。所以一個(gè)線程可將資源鎖定，在完成了它的任務(wù)后，再解開（釋放）這個(gè)鎖，使其他線程可以接著使用同樣的資源。　
多線程是為了同步完成多項(xiàng)任務(wù)，不是為了提高運(yùn)行效率，而是為了提高資源使用效率來提高系統(tǒng)的效率。線程是在同一時(shí)間需要完成多項(xiàng)任務(wù)的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)的。
一個(gè)采用了多線程技術(shù)的應(yīng)用程序可以更好地利用系統(tǒng)資源。其主要優(yōu)勢(shì)在于充分利用了CPU的空閑時(shí)間片，可以用盡可能少的時(shí)間來對(duì)用戶的要求做出響應(yīng)，使得進(jìn)程的整體運(yùn)行效率得到較大提高，同時(shí)增強(qiáng)了應(yīng)用程序的靈活性。更為重要的是，由于同一進(jìn)程的所有線程是共享同一內(nèi)存，所以不需要特殊的數(shù)據(jù)傳送機(jī)制，不需要建立共享存儲(chǔ)區(qū)或共享文件，從而使得不同任務(wù)之間的協(xié)調(diào)操作與運(yùn)行、數(shù)據(jù)的交互、資源的分配等問題更加易于解決。

進(jìn)程間通信（IPC，Inter-Process Communication），指至少兩個(gè)進(jìn)程或線程間傳送數(shù)據(jù)或信號(hào)的一些技術(shù)或方法。進(jìn)程是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分配資源的最小單位。每個(gè)進(jìn)程都有自己的一部分獨(dú)立的系統(tǒng)資源，彼此是隔離的。為了能使不同的進(jìn)程互相訪問資源并進(jìn)行協(xié)調(diào)工作，才有了進(jìn)程間通信。這些進(jìn)程可以運(yùn)行在同一計(jì)算機(jī)上或網(wǎng)絡(luò)連接的不同計(jì)算機(jī)上。

進(jìn)程間通信技術(shù)包括消息傳遞、同步、共享內(nèi)存和遠(yuǎn)程過程調(diào)用。IPC是一種標(biāo)準(zhǔn)的Unix通信機(jī)制。

使用IPC 的理由：

• 信息共享
• 加速;
• 模塊化;
• 方便; 以及
• 私有權(quán)分離.

主要的 IPC 方法

方法

提供方（操作系統(tǒng)或其他環(huán)境）

文件

多數(shù)操作系統(tǒng)

信號(hào)

多數(shù)操作系統(tǒng)

Socket

多數(shù)操作系統(tǒng)

消息隊(duì)列(en:Message queue)

多數(shù)操作系統(tǒng)

管道(en:Pipe)

所有的 POSIX systems, Windows.

具名管道(en:Named Pipe)

所有的 POSIX 系統(tǒng), Windows.

信號(hào)量(en:Semaphore)

所有的 POSIX 系統(tǒng), Windows.

共享內(nèi)存

所有的 POSIX 系統(tǒng), Windows.

Message passing(en:Message passing)
(不共享)

用于 MPI規(guī)范，Java RMI, CORBA, MSMQ, MailSlot 以及其他.

Memory-mapped file(en:Memory-mapped file)