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面试复盘学习之——进程和线程的区别与联系

进程和线程的区别与联系

1. 专业名词介绍

1.1 进程(process)

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。里面包含对各种资源的调用,内存的管理,网络接口的调用等。。。对各种资源管理的集合 就可以称为进程。

1.2 线程(thread)

线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位(程序执行流的最小单元)。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。

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。另外,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,线程自己不拥有系统资源,只拥有一点儿在运行中必不可少的资源,但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程,同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约,致使线程在运行中呈现出间断性。线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。就绪状态是指线程具备运行的所有条件,逻辑上可以运行,在等待处理机;运行状态是指线程占有处理机正在运行;阻塞状态是指线程在等待一个事件(如某个信号量),逻辑上不可执行。每一个程序都至少有一个线程,若程序只有一个线程,那就是程序本身。

2. 两者之间的联系

一个进程至少拥有一个线程——主线程,但是可以拥有多个线程;一个线程必须有一个父进程。多个进程可以并发执行;一个线程可以创建和撤销另一个线程;同一个进程的多个线程之间可以并发执行。

3. 两者之间的区别

(1)线程共享内存空间;进程的内存是独立的

(2)同一个进程的线程之间可以直接交流;两个进程想通信,必须通过一个中间代理来实现

(3)创建新线程很简单; 创建新进程需要对其父进程进行一次克隆

(4)一个线程可以控制和操作同一进程里的其他线程;但是进程只能操作子进程

(5)改变主线程(如优先权),可能会影响其它线程;改变父进程,不影响子进程

  1. 系统开销:在创建或撤销进程时,由于系统都要为之分配和回收资源,导致系统的开销明显大于创建或者撤销进程时的开销。

  2. 资源管理:进程都有独立的地址空间,一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其它进程产生影响,而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程都有着自己的堆栈个局部变量,但线程之间没有单独的地址空间,一个线程死掉就等于整个进程死掉,所以多进程的程序要比多线程的程序健壮,但在进程切换时,耗费的资源相应地大些,效率上面会差一点。但是对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量地并发操作,只能用线程而不能用进程。

  3. 通信方式:进程间地通信方式主要包括管道、系统IPC(包括消息队列,信号量,共享储存)、SOCKET。进程间的通信其实时指分属于不同进程的线程之间的通讯,所以进程间的通信方法同样适用于线程间的通信。但是对于归属于同一进程的不同线程来说,使用全局变量进行通信让其通信效率非常高。

4.Python GIL(Global Interpreter Lock)

无论你启多少个线程,你有多少个cpu, Python在执行的时候会淡定的在同一时刻只允许一个线程运行,这还叫什么多线程呀?

需要明确的一点是GIL并不是Python的特性,它是在实现Python解析器(CPython)时所引入的一个概念。就好比C++是一套语言(语法)标准,但是可以用不同的编译器来编译成可执行代码。有名的编译器例如GCC,INTEL C++,Visual C++等。Python也一样,同样一段代码可以通过CPython,PyPy,Psyco等不同的Python执行环境来执行。像其中的JPython就没有GIL。然而因为CPython是大部分环境下默认的Python执行环境。所以在很多人的概念里CPython就是Python,也就想当然的把GIL归结为Python语言的缺陷。所以这里要先明确一点:GIL并不是Python的特性,Python完全可以不依赖于GIL

5. 总结

简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.

线程的划分尺度小于进程,使得多线程程序的并发性高。

另外,进程在执行过程中拥有独立的内存单元,而多个线程共享内存,从而极大地提高了程序的运行效率。

线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程拥有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程的执行控制。

从逻辑角度来看,多线程的意义在于一个应用程序中,有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用,来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。

进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位.

线程是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位.线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源. 一个线程可以创建和撤销另一个线程;同一个进程中的多个线程之间可以并发执行.


标题:面试复盘学习之——进程和线程的区别与联系
作者:expoli
地址:https://expoli.tech/articles/2019/09/16/1568643397046.html

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