程序、進程、線程的區別與聯繫

程序並不能單獨執行，只有將程序加載到內存中，系統爲他分配資源後纔可以執行，這種執行的程序稱之爲進程，也就是說進程是系統進行資源分配和調度的一個獨立單位，每一個進程都有本身單獨的地址空間。因此說程序與進程的區別在於，程序是指令的集合，是進程運行的靜態描述文本，而進程則是程序在系統上順序執行時的動態活動。

可是進程存在着不少缺陷，主要集中在兩點：
(1).進程只能在同一時間幹一件事情，若是想同時幹兩件事或多件事情，進程就無能爲力了。
(2).進程在執行的過程當中若是因爲某種緣由阻塞了，例如等待輸入，整個進程就會掛起，其餘與輸入無關的工做也必須等待輸入結束後才能順序執行。

爲了解決上述兩點缺陷，引入了線程這個概念。

線程是進程的一個實體,也是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，有時又被稱爲輕權進程或輕量級進程，相對進程而言，線程是一個更加接近於執行體的概念，進程在執行過程當中擁有獨立的內存單元，而線程本身基本上不擁有系統資源，也沒有本身的地址空間，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),線程的改變只表明了 CPU 執行過程的改變，而沒有發生進程所擁有的資源變化。除了CPU 以外，計算機內的軟硬件資源的分配與線程無關，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。

進程和線程的主要差異在於操做系統並無將多個線程看做多個獨立的應用，來實現進程的調度和管理以及資源分配。進程有獨立的地址空間，一個進程崩潰後，在保護模式下不會對其它進程產生影響，而線程只是一個進程中的不一樣執行路徑。線程有本身的堆棧和局部變量，但線程之間沒有單獨的地址空間，一個線程死掉就等於整個進程死掉，因此多進程的程序要比多線程的程序健壯，但在進程切換時，耗費資源較大，效率要差一些，對於一些要求同時進行而且又要共享某些變量的併發操做，只能用線程，不能用進程，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。

最後附一篇材料，以圖的方式將進程和線程作了很好的類比：

計算機的核心是CPU，它承擔了全部的計算任務。它就像一座工廠，時刻在運行。

假定工廠的電力有限，一次只能供給一個車間使用。也就是說，一個車間開工的時候，其餘車間都必須停工。背後的含義就是，單個CPU一次只能運行一個任務

進程就比如工廠的車間，它表明CPU所能處理的單個任務。任一時刻，CPU老是運行一個進程，其餘進程處於非運行狀態。

一個車間裏，能夠有不少工人。他們協同完成一個任務。

線程就比如車間裏的工人。一個進程能夠包括多個線程。

車間的空間是工人們共享的，好比許多房間是每一個工人均可以進出的。這象徵一個進程的內存空間是共享的，每一個線程均可以使用這些共享內存。

但是，每間房間的大小不一樣，有些房間最多隻能容納一我的，好比廁所。裏面有人的時候，其餘人就不能進去了。這表明一個線程使用某些共享內存時，其餘線程必須等它結束，才能使用這一塊內存。

一個防止他人進入的簡單方法，就是門口加一把鎖。先到的人鎖上門，後到的人看到上鎖，就在門口排隊，等鎖打開再進去。這就叫」互斥鎖」（Mutual exclusion，縮寫 Mutex），防止多個線程同時讀寫某一塊內存區域。

還有些房間，能夠同時容納n我的，好比廚房。也就是說，若是人數大於n，多出來的人只能在外面等着。這比如某些內存區域，只能供給固定數目的線程使用。

這時的解決方法，就是在門口掛n把鑰匙。進去的人就取一把鑰匙，出來時再把鑰匙掛回原處。後到的人發現鑰匙架空了，就知道必須在門口排隊等着了。這種作法叫作」信號量」（Semaphore），用來保證多個線程不會互相沖突。
不難看出，mutex是semaphore的一種特殊狀況（n=1時）。也就是說，徹底能夠用後者替代前者。可是，由於mutex較爲簡單，且效率高，因此在必須保證資源獨佔的狀況下，仍是採用這種設計。

操做系統的設計，所以能夠歸結爲三點：
（1）以多進程形式，容許多個任務同時運行；
（2）以多線程形式，容許單個任務分紅不一樣的部分運行；

（3）提供協調機制，一方面防止進程之間和線程之間產生衝突，另外一方面容許進程之間和線程之間共享資源。

做者：Java.Sheng
來源：CSDN
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