進程線程及堆棧關係的總結

進程線程及堆棧關係的總結

忽然想到進程的棧和線程的棧,就順便說一下,線程的棧被自動分配到進程的內存空間中

進程和線程都是由操做系統所體會的程序運行的基本單元，系統利用該基本單元實現系統對應用的併發性。進程和線程的區別在於： 

簡而言之,一個程序至少有一個進程,一個進程至少有一個線程. 
線程的劃分尺度小於進程，使得多線程程序的併發性高。 
另外，進程在執行過程當中擁有獨立的內存單元，而多個線程共享內存，從而極大地提升了程序的運行效率。 
線程在執行過程當中與進程仍是有區別的。每一個獨立的線程有一個程序運行的入口、順序執行序列和程序的出口。可是線程不可以獨立執行，必須依存在應用程序中，由應用程序提供多個線程執行控制。 
從邏輯角度來看，多線程的意義在於一個應用程序中，有多個執行部分能夠同時執行。但操做系統並無將多個線程看作多個獨立的應用，來實現進程的調度和管理以及資源分配。這就是進程和線程的重要區別。 

進程是具備必定獨立功能的程序關於某個數據集合上的一次運行活動,進程是系統進行資源分配和調度的一個獨立單位. 
線程是進程的一個實體,是CPU調度和分派的基本單位,它是比進程更小的能獨立運行的基本單位.線程本身基本上不擁有系統資源,只擁有一點在運行中必不可少的資源(如程序計數器,一組寄存器和棧),可是它可與同屬一個進程的其餘的線程共享進程所擁有的所有資源. 
一個線程能夠建立和撤銷另外一個線程;同一個進程中的多個線程之間能夠併發執行.

 

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堆：　是你們共有的空間，分全局堆和局部堆。全局堆就是全部沒有分配的空間，局部堆就是用戶分配的空間。堆在操做系統對進程初始化的時候分配，運行過程當中也能夠向系統要額外的堆，可是記得用完了要還給操做系統，要否則就是內存泄漏。

棧：是個線程獨有的，保存其運行狀態和局部自動變量的。棧在線程開始的時候初始化，每一個線程的棧互相獨立，所以，棧是　thread safe的。每一個Ｃ　＋＋對象的數據成員也存在在棧中，每一個函數都有本身的棧，棧被用來在函數之間傳遞參數。操做系統在切換線程的時候會自動的切換棧，就是切換　ＳＳ／ＥＳＰ寄存器。棧空間不須要在高級語言裏面顯式的分配和釋放。

堆和棧的區別

1、預備知識 — 程序的內存分配
一個由c/C++編譯的程序佔用的內存分爲如下幾個部分：
一、棧區（stack）— 由編譯器自動分配釋放，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操做方式相似於數據結構中的棧。

二、堆區（heap） — 通常由程序員分配釋放，若程序員不釋放，程序結束時可能由OS回收。注意它與數據結構中的堆是兩回事，分配方式卻是相似於鏈表。

三、全局區（靜態區）（static）—，全局變量和靜態變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態變量在一塊區域，未初始化的全局變量和未初始化的靜態變量在相鄰的另外一塊區域。 - 程序結束後由系統釋放。

四、文字常量區   —常量字符串就是放在這裏的。程序結束後由系統釋放。

五、程序代碼區—存放函數體的二進制代碼。

2、例子程序

//main.cpp
int a = 0; 全局初始化區
char *p1; 全局未初始化區
main()
{
int b; 棧
char s[] = "abc"; 棧
char *p2; 棧
char *p3 = "123456"; 123456/0在常量區，p3在棧上。
static int c =0；全局（靜態）初始化區
p1 = (char *)malloc(10);
p2 = (char *)malloc(20);
分配得來得10和20字節的區域就在堆區。
strcpy(p1, "123456"); 123456/0放在常量區，編譯器可能會將它與p3所指向的"123456"優化成一個地方。
}

2、堆和棧的理論知識
2.1申請方式
stack:
由系統自動分配。例如，聲明在函數中一個局部變量 int b; 系統自動在棧中爲b開闢空間
heap:
須要程序員本身申請，並指明大小，在c中malloc函數
如p1 = (char *)malloc(10);
在C++中用new運算符
如p2 = (char *)malloc(10);
可是注意p一、p2自己是在棧中的。


2.2
申請後系統的響應
棧：只要棧的剩餘空間大於所申請空間，系統將爲程序提供內存，不然將報異常提示棧溢出。
堆： 首先應該知道操做系統有一個記錄空閒內存地址的鏈表，當系統收到程序的申請時，會遍歷該鏈表，尋找第一個空間大於所申請空間的堆結點，而後將該結點從空閒 結點鏈表中刪除，並將該結點的空間分配給程序，另外，對於大多數系統，會在這塊內存空間中的首地址處記錄本次分配的大小，這樣，代碼中的delete語句才能正確的釋放本內存空間。另外，因爲找到的堆結點的大小不必定正好等於申請的大小，系統會自動的將多餘的那部分從新放入空閒鏈表中。

2.3申請大小的限制
棧：在Windows下,棧是向低地址擴展的數據結構，是一塊連續的內存的區域。這句話的意思是棧頂的地址和棧的最大容量是系統預先規定好的，在WINDOWS下，棧的大小是2M（也多是1M，它是一個編譯時就肯定的常數），若是申請的空間超過棧的剩餘空間時，將提示overflow。所以，能從棧得到的空間較小
。
堆：堆是向高地址擴展的數據結構，是不連續的內存區域。這是因爲系統是用鏈表來存儲的空閒內存地址的，天然是不連續的，而鏈表的遍歷方向是由低地址向高地址。堆的大小受限於計算機系統中有效的虛擬內存。因而可知，堆得到的空間比較靈活，也比較大。


2.4申請效率的比較：
棧由系統自動分配，速度較快。但程序員是沒法控制的。
堆是由new分配的內存，通常速度比較慢，並且容易產生內存碎片,不過用起來最方便.
另外，在WINDOWS下，最好的方式是用VirtualAlloc分配內存，他不是在堆，也不是在棧是直接在進程的地址空間中保留一快內存，雖然用起來最不方便。可是速度快，也最靈活。

2.5堆和棧中的存儲內容
棧：在函數調用時，第一個進棧的是主函數中後的下一條指令（函數調用語句的下一條可執行語句）的地址，而後是函數的各個參數，在大多數的C編譯器中，參數是由右往左入棧的，而後是函數中的局部變量。注意靜態變量是不入棧的。
當本次函數調用結束後，局部變量先出棧，而後是參數，最後棧頂指針指向最開始存的地址，也就是主函數中的下一條指令，程序由該點繼續運行。
堆：通常是在堆的頭部用一個字節存放堆的大小。堆中的具體內容有程序員安排。

2.6存取效率的比較

char s1[] = "aaaaaaaaaaaaaaa";
char *s2 = "bbbbbbbbbbbbbbbbb";
aaaaaaaaaaa是在運行時刻賦值的；
而bbbbbbbbbbb是在編譯時就肯定的；
可是，在之後的存取中，在棧上的數組比指針所指向的字符串(例如堆)快。
好比：

void main()
{
char a = 1;
char c[] = "1234567890";
char *p ="1234567890";
a = c[1];
a = p[1];
return;
}

對應的彙編代碼

10: a = c[1];
00401067 8A 4D F1 mov cl,byte ptr [ebp-0Fh]
0040106A 88 4D FC mov byte ptr [ebp-4],cl
11: a = p[1];
0040106D 8B 55 EC mov edx,dword ptr [ebp-14h]
00401070 8A 42 01 mov al,byte ptr [edx+1]
00401073 88 45 FC mov byte ptr [ebp-4],al

第一種在讀取時直接就把字符串中的元素讀到寄存器cl中，而第二種則要先把指針值讀到edx中，在根據
edx讀取字符，顯然慢了。


2.7小結：
堆和棧的區別能夠用以下的比喻來看出： 使用棧就象咱們去飯館裏吃飯，只管點菜（發出申請）、付錢、和吃（使用），吃飽了就走，沒必要理會切菜、洗菜等準備工做和洗碗、刷鍋等掃尾工做，他的好處是快捷，可是自由度小。 使用堆就象是本身動手作喜歡吃的菜餚，比較麻煩，可是比較符合本身的口味，並且自由度大。