进程与线程概念及区别

Linux系统各种软件和服务,存在于系统,必然会占用系统各种资源,系统资源是如何分配及调度的呢,本节将给读者展示系统进程、资源及调度相关的内容。

进程(Process)是计算机中的软件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。

在早期面向进程设计的计算机结构中,进程是程序的基本执行实体,在当代面向线程设计的计算机结构中,进程是线程的容器。软件程序是对指令、数据及其组织形式的描述,而进程是程序的实体,通常而言,把运行在系统中的软件程序称之为进程。

除了进程,读者通常会听到线程的概念,线程也被称为轻量级进程(Lightweight Process,LWP),是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID,当前指令指针(PC),寄存器集合和堆栈组成。

线程是进程中的一个实体,是被系统独立调度和分派的基本单位,线程自己不拥有操作系统资源,但是该线程可与同属进程的其它线程共享该进程所拥有的全部资源。

程序、进程、线程三者区别如下:

  • 程序:程序并不能单独执行,是静止的,只有将程序加载到内存中,系统为其分配资源后才能够执行;
  • 进程:程序对一个数据集的动态执行过程,一个进程包含一个或者更多的线程,一个线程同时只能被一个进程所拥有,进程是分配资源的基本单位。进程拥有独立的内存单元,而多个线程共享内存,从而提高了应用程序的运行效率。
  • 线程:线程是进程内的基本调度单位,线程的划分尺度小于进程,并发性更高,线程本身不拥有系统资源, 但是该线程可与同属进程的其它线程共享该进程所拥有的全部资源。每一个独立的线程,都有一个程序运行的入口、顺序执行序列、和程序的出口。

如图8-1所示,程序、进程、线程三者的关系拓扑图:

图8-1 程序、进程、线程关系图

如上图8-1所示,多进程、多线程的区别如下:

  • 多进程,每个进程互相独立,不影响主程序的稳定性,某个子进程崩溃对其他进程没有影响,通过增加CPU可以扩充软件的性能,可以减少线程加锁/解锁的影响,极大提高性能。缺点是多进程逻辑控制复杂,需要和主程序交互,需要跨进程边界,进程之间上下文切换比线程之间上下文切换代价大。
  • 多线程,无需跨进程,程序逻辑和控制方式简单,所有线程共享该进程的内存和变量等。缺点是每个线程与主程序共用地址空间,线程之间的同步和加锁控制比较麻烦,一个线程的崩溃会影响到整个进程或者程序的稳定性。