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1.关于进程
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进程(Process)是计算机中的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。程序是指令、数据及其组织形式的描述,进程是程序的实体。
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定义:(分为狭义定义和广义定义!)
(1)狭义定义:进程是正在运行的程序的实例(an instance of a computer program that is being executed)。
(2)广义定义:进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统动态执行的基本单元,在传统的操作系统中,进程既是基本的分配单元,也是基本的执行单元。 -
进程的概念主要有两点:第一,进程是一个实体。每一个进程都有它自己的地址空间,一般情况下,包括文本区域(text region)、数据区域(data region)和堆栈(stack region)。文本区域存储处理器执行的代码;数据区域存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存;堆栈区域存储着活动过程调用的指令和本地变量。第二,进程是一个“执行中的程序”。程序是一个没有生命的实体,只有处理器赋予程序生命时(操作系统执行之),它才能成为一个活动的实体,我们称其为进程。
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特征:
(1)动态性:进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程,进程是动态产生,动态消亡的。
(2)并发性:任何进程都可以同其他进程一起并发执行
(3)独立性:进程是一个能独立运行的基本单位,同时也是系统分配资源和调度的独立单位;
(4)异步性:由于进程间的相互制约,使进程具有执行的间断性,即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进
(5)结构特征:进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。
进程过渡到线程之为何使用线程!
通常在一个进程中可以包含若干个线程,它们可以利用进程所拥有的资源,在引入线程的操作系统中,通常都是把进程作为分配资源的基本单位,而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位,由于线程比进程更小,基本上不拥有系统资源,故对它的调度所付出的开销就会小得多,能更高效的提高系统内多个程序间并发执行的程度。
当下推出的通用操作系统都引入了线程,以便进一步提高系统的并发性,并把它视为现代操作系统的一个重要指标。
总结过渡到线程:
进程是由进程控制块、程序段、数据段三部分组成。一个进程可以包含若干线程(Thread),线程可以帮助应用程序同时做几件事(比如一个线程向磁盘写入文件,另一个则接收用户的按键操作并及时做出反应,互相不干扰),在程序被运行后,系统首先要做的就是为该程序进程建立一个默认线程,然后程序可以根据需要自行添加或删除相关的线程。是可并发执行的程序。在一个数据集合上的运行过程,是系统进行资源分配和调度的一个独立单位,也是称活动、路径或任务,它有两方面性质:活动性、并发性。进程可以划分为运行、阻塞、就绪三种状态,并随一定条件而相互转化:就绪–运行,运行–阻塞,阻塞–就绪。
进程为应用程序的运行实例,是应用程序的一次动态执行。看似高深,我们可以简单地理解为:它是操作系统当前运行的执行程序。在系统当前运行的执行程序里包括:系统管理计算机个体和完成各种操作所必需的程序;用户开启、执行的额外程序,当然也包括用户不知道,而自动运行的非法程序(它们就有可能是病毒程序)。
2.关于线程
都有进程了,为何还要冒出来一个线程呢?
60年代,在OS中能拥有资源和独立运行的基本单位是进程,然而随着计算机技术的发展,进程出现了很多弊端,一是由于进程是资源
拥有者,创建、撤消与切换存在较大的时空开销,因此需要引入轻型进程;二是由于对称多处理机(SMP)出现,可以满足多个运行单
位,而多个进程并行开销过大。
因此在80年代,出现了能独立运行的基本单位——线程(Threads)。
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重要概念讲解:
- 线程(英语:thread)是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一个进程中可以并发多个线程,每条线程并行执行不同的任务。在Unix System V及SunOS中也被称为轻量进程(lightweight processes),但轻量进程更多指内核线程(kernel thread),而把用户线程(user thread)称为线程。
- 同一进程中的多条线程将共享该进程中的全部系统资源,如虚拟地址空间,文件描述符和信号处理等等。但同一进程中的多个线程有各自的调用栈(call stack),自己的寄存器环境(register context),自己的线程本地存储(thread-local storage)。
- 一个进程可以有很多线程,每条线程并行执行不同的任务。
- 线程只由相关堆栈(系统栈或用户栈)寄存器和线程控制表TCB组成。寄存器可被用来存储线程内的局部变量,但不能存储其他线程的相关变量。
- 在引入线程的操作系统中,通常都是把进程作为分配资源的基本单位,而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位。
- 在一个进程中包括多个线程,每个线程都是作为利用CPU的基本单位,是花费最小开销的实体。
使用线程的好处:
- 在多核或多CPU,或支持Hyper-threading的CPU上使用多线程程序设计的好处是显而易见,即提高了程序的执行吞吐率。在单CPU单核的计算机上,使用多线程技术,也可以把进程中负责I/O处理、人机交互而常被阻塞的部分与密集计算的部分分开来执行,编写专门的workhorse线程执行密集计算,从而提高了程序的执行效率。
进程和线程对比小节:
理解二者间关系:
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默认情况下一个进程只有一个线程,线程是依附在进程里面的, 没有进程就没有线程, 当然在进程里面还可以创建多个线程
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如何理解二者关系: 把进程想成现实生活中的公司,公司可以给员工提供办公资源(办公桌椅,办公电脑等资源), 真正干活的是员工,所以员工可以想成线程,公司就是进程
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两个例子通俗理解:
(1)打开一个qq就是一个进程的话,那么你可以同时和好多人聊天,和一个人聊天这就是一个线程。
(2)再打个比方,一条直行的高速公路,分好几个车道,这整个告诉公路就相当于一个进程,
那些车道就相当于一个个线程,如果有一条车道上的车拐弯,别的车道的车就要等待,不然就撞车了。
注意:
(1)一个cpu同一时间只能处理一件事,如果同时有多个任务,那么就轮换着执行,但是每个任务执行的时间非常短暂,无法感受到。
(2)使用线程的时候,不管它的顺序,因为cpu是随机调度的。
(3)一个程序的执行,就会有一个主线程
二者对比分析:
- 进程是操作系统资源分配的基本单位,每启动一个进程都需要向操作系统索要运行资源,默认一个进程只有一个线程(也不可能只有一个!),线程是依附在进程里面的。
- 线程是cpu调度的基本单位, 通过线程去执行进程中代码, 线程是执行代码的分支。
- 多进程开发比单进程多线程开发稳定性要强,但是多进程开发比多线程开发资源开销要大。
- 多进程开发某个进程死了不会影响其它进程的运行,但是多线程开发该进程死了那么这些线程都要进行销毁。
小拓展:
理解百度百科中关于并发并行!
并发: 任务数大于cpu的核数,多个任务轮流执行,由于cpu切换速度特别快,看起来像是一起运行,其实是假象。
并行: 任务数小于或者等于cpu的核数,那么多个任务是真正意义一起执行。
3.关于协程
- 协程,英文Coroutines,是一种比线程更加轻量级的存在。正如一个进程可以拥有多个线程一样,一个线程也可以拥有多个协程。
- 最重要的是,协程不是被操作系统内核所管理,而完全是由程序所控制(也就是在用户态执行)。这样带来的好处就是性能得到了很大的提升,不会像线程切换那样消耗资源。
- 协程不是进程或者线程,其执行过程更类似于子例程,或者说不带返回值的函数调用。
- 轻量级的线程,而且是一个非阻塞的线程(线程之间进行切换需要花费时间!),可以进行自动切换的线程。
- 比较协程和线程——我们知道多个线程相对独立,有自己的上下文,切换受系统控制;而协程也相对独立,有自己的上下文,但是其切换由自己控制,由当前协程切换到其他协程由当前协程来控制。
- 协程和线程的区别:协程避免了无意义的调度,由此可以提高性能,但也因此,程序员必须自己承担调度的责任,同时,协程也失去了标准线程使用多CPU的能力。
参考本人另一篇博文,内附详细代码使用例子讲解——使用协程的好处!
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进程、线程、协程对比小节:
- 先有进程,然后进程可以创建线程,线程是依附在进程里面的, 线程里面可以包含多个协程。
- 进程之间不共享全局变量,线程之间共享全局变量,但是要注意资源竞争的问题。
- 多线程开发线程之间执行是无序的,协程之间执行按照一定顺序交替执行。
- 协程以后主要用在网络爬虫和网络请求,开辟一个协程大概需要5k空间,开辟一个线程需要512k空间, 开辟一个进程占用资源最多。
下面这篇博文对于理解这三者之间关系很有帮助!
第一篇!
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