1.进程和线程的区别

@[TOC] 选自：一篇让你明白进程与线程之间的区别与联系 (opens new window)

进程，线程与多核，多cpu之间的关系 (opens new window)

结论提前讲：

进程和线程的关系：

==单CPU==：一台单核处理器计算机 = 一个车间； ==多CPU==：一台多核处理器计算机 = 一座工厂；

进程：一个车间 = 一个进程； （即一个运行的程序） 多进程：一座工厂可以同时运行多个车间； CPU和进程：单CPU只能同时运行单个进程，多CPU可以同时运行多个进程。

线程：车间内一个工人 = 一个线程； 进程与线程：一个进程可以包括多个线程。

线程间内存共享：车间的空间是工人们共享的，比如许多房间是每个工人都可以进出的。 一个进程的内存空间是共享的，每个线程都可以使用这些共享内存。

内存安全：可是，每个车间容纳大小不同，有的最多只能容纳一个人。车间人满的时候，其他人就进不去了。 一个线程使用某些共享内存时，其他线程必须等它结束，才能使用这一块内存。

互斥锁：一个防止他人进入的简单方法，就是门口加一把锁。先到的人锁上门，后到的人看到上锁，就在门口排队，等锁打开再进去。 这就叫"互斥锁"–Mutex，防止两个线程同时读写某一块内存区域。

信号量：这时的解决方法，就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙，出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了，就知道必须在门口排队等着了。 这种做法叫做"信号量"（Semaphore），用来保证多个线程不会互相冲突。

锁和信号量：不难看出，互斥锁是信号量的一种特殊情况（n=1时）。也就是说，完全可以用后者替代前者。但是，因为mutex较为简单，且效率高，所以在必须保证资源独占的情况下，还是采用这种设计。

操作系统的资源分配与调度逻辑

以多进程形式，允许多个任务同时运行； 以多线程形式，允许单个任务分成不同的部分运行； 提供协调机制，一方面防止进程之间和线程之间产生冲突，另一方面允许进程之间和线程之间共享资源。

（1）一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。 （2）资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。 （3）线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信（TCP/IP）的办法实现同步。 （4）处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程。 （5）线程是指进程内的一个执行单元，也是进程内的可调度实体。

区别： （1）调度：线程作为调度和分配的基本单位，进程作为拥有资源的基本单位。从操作系统来说，一个进程面对的是磁盘，因为每个进程拥有自己的虚拟内存。而线程更像是面对CPU去执行。 （2）并发性：不仅进程之间可以并发执行，同一个进程的多个线程之间也可以并发执行。 （3）拥有资源：进程是拥有资源的一个独立单位，线程不拥有系统资源，但可以访问隶属于进程的资源。 （4）系统开销：在创建或撤销进程的时候，由于系统都要为之分配和回收资源，导致系统的明显大于创建或撤销线程时的开销。但进程有独立的地址空间，进程崩溃后，在保护模式下不会对其他的进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同的执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，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，但是在进程切换时，耗费的资源较大，效率要差些。 （5）从JVM来说，多个线程共享进程的堆，方法区，而线程拥有自己的栈空间和程序计数器。

一、什么是进程和线程

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。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。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

线程（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。

即：

进程：指在系统中正在运行的一个应用程序；程序一旦运行就是进程；进程——资源分配的最小单位。

线程：系统分配处理器时间资源的基本单元，或者说进程之内独立执行的一个单元执行流。线程——程序执行的最小单位。

每个运行中的程序就是一个进程，这一点在任务管理器上面可以形象的看到。

当一个程序运行时，内部可能会包含多个顺序执行流，每个顺序执行流就是一个线程。

二、深入理解

2.1 进程(线程+内存+文件/网络句柄)

我们通过上面的图片进行进一步理解：

“内存”： 我们通常所理解的内存是我们所见到的(2G/4G/8G/16G)物理内存,它为什么会在进程之中呢？ 实际上，这里的内存是逻辑内存。指的是内存的寻址空间。每个进程的内存是相互独立的。 否则的话会出现一个问题：我们把指针的值改一改就指向其他进程的内存了，通过这样我们岂不是就可以看到其他进程中"微信"或者是"网上银行"的信息， 这样的话，那我们的微信聊天记录或者是银行账户的信息就都被别人找到了，这是一个很危险的信号！显然这样是不可能的。

“文件/网络句柄”： 它们是所有的进程所共有的，例如打开同一个文件，去抢同一个网络的端口这样的操作是被允许的。

“线程”： 接下来，我们就要介绍一下我们的“线程”有关知识

2.2 线程(栈+PC+TLS)

2.2.1 栈: 我们通常都是说调用堆栈，其实这里的堆是没有含义的，调用堆栈就是调用栈的意思。 那么我们的栈里面有什么呢？ 我们从主线程的入口main函数，会不断的进行函数调用， 每次调用的时候，会把所有的参数和返回地址压入到栈中。

2.2.2 PC： Program Counter 程序计数器，操作系统真正运行的是一个个的线程， 而我们的进程只是它的一个容器。PC就是指向当前的指令，而这个指令是放在内存中。 每个线程都有一串自己的指针，去指向自己当前所在内存的指针。 计算机绝大部分是存储程序性的，说的就是我们的数据和程序是存储在同一片内存里的 这个内存中既有我们的数据变量又有我们的程序。所以我们的PC指针就是指向我们的内存的。

• 2.2.2.1 缓冲区溢出 例如我们经常听到一个漏洞：缓冲区溢出 这是什么意思呢？ 例如：

我们有个地方要输入用户名，本来是用来存数据的地方。 然后黑客把数据输入的特别长。这个长度超出了我们给数据存储的内存区，这时候跑到了 我们给程序分配的一部分内存中。黑客就可以通过这种办法将他所要运行的代码写入到用户名框中，来植入进来。

我们的解决方法就是，用用户名的长度来限制不要超过用户名的缓冲区的大小来解决。

2.3 TLS:

全称：thread local storage 之前我们看到每个进程都有自己独立的内存，这时候我们想，我们的线程有没有一块独立的内存呢?答案是有的，就是TLS。 可以用来存储我们线程所独有的数据。 可以看到：线程才是我们操作系统所真正去运行的，而进程呢，则是像容器一样他把需要的一些东西放在了一起，而把不需要的东西做了一层隔离，进行隔离开来。

3. 进程之间的是怎么进行交互的呢？（七种）

1. 管道pipe（数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用）
2. 命名管道FIFO（有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。）
3. 消息队列MessageQueue（消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。）
4. 共享存储SharedMemory（共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。）
5. 信号量Semaphore（它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。）
6. 套接字Socket（它可用于不同及其间的进程通信。）
7. 信号 ( sinal ) ： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

通过TCP/IP的端口来实现

4. 线程之间又是怎样进行交互？

线程的通信就比较简单，有一大块共享的内存，只要大家的指针是同一个就可以看到各自的内存。

5.小结：

1.进程要分配一大部分的内存，而线程只需要分配一部分栈就可以了. 2.一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程. 3.进程是资源分配的最小单位，线程是程序执行的最小单位。 4.一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.

多个进程在多cpu中是并行运行的，在单cpu中是串行（并发）

三、进程之间的调度怎么实现？

1. 先来先服务算法

• 最常见的算法
• 优点就是简单且实现容易，缺点则是短的工作有可能变得很慢

2. 时间片轮转算法

• 周期性地进行进程切换

3. 短任务优先算法

• 短任务的优先级比长任务的高，而我们总是安排优先级高的任务先运行
• 短任务优先算法又分为两种类型：一种是非抢占式，一种是抢占式。非抢占式当已经在CPU上运行的任务结束或阻塞时，从候选任务中选择执行时间最短的进程来执行。而抢占式则是每增加一个新的进程就需要对所有进程（包括正在CPU上运行的进程）进行检查，谁的时间短就运行谁。

4. 优先级调度算法

• 每个进程赋予一个优先级，每次需要进程切换时，找一个优先级最高的进程进行调度
• 事实上，短任务优先算法本身就是一种优先级调度，只不过它给予短进程更高的优先级而已。
• 其缺点则有二：
  • 一是低优先级的进程可能会“饥饿”，
    • 第一个缺点可以通过动态地调节任务的优先级解决，例如一个进程如果等待时间过长，其优先级将因持续提升而超越其他进程的优先级，从而得到CPU时间。
  • 二是响应时间无法保证。
    • 第二个缺点可以通过将一个进程优先级设置为最高来解决，但即使将优先级设置为最高，但如果每个人都将自己的进程优先级设置为最高，其响应时间还是无法保证。

5. 混合调度算法

• 将所有进程分为不同的大类，每个大类为一个优先级。如果两个进程处于不同的大类，则处于高优先级大类的进程优先执行；如果处于同一个大类，则采用时间片轮转算法来执行。