進程和線程的對比和區別

1、什麼是進程，什麼是線程？

1.1 進程

• 進程中包括有多個線程，進程與進程之間是相對比較獨立的。
• 進程中有一個邏輯內存，每一個進程都會有分配到一個獨立的內存空間，還分配了一個文件/網絡句柄，
• 句柄相似一個標識符，全部的進程所或多或少都有必定的句柄數的引用，句柄其實是一個指針，指向一塊包含具體信息數據的內存，因此句柄是當你要訪問該進程時取得的，使用完必須釋放。（打個比方，我要使用redis須要打開6379端口，這個時候須要訪問句柄，獲取到內存地址去訪問獲取對應的資源來執行該進程）
• 一個進程能夠擁有多個句柄數目，可是隻有一個進程ID

• 進程不一樣時刻所引用的句柄數目是不必定的

  
  
   

  

  進程結構

1.2 線程

• 線程中有一個棧內存（不少人把它稱爲堆棧），主要用來存儲局部變量資源或者內存地址
• 還有一個PC塊，主要是存儲下一條執行指令的地址，PC是指向一塊共同的內存（進程裏面的被系統分配到的邏輯內存）。
• TCS ：ThreadLocalStorage 主要存儲線程本身定義的變量，不想和其餘線程進行共享,理解爲線程的私有變量。
• 線程共享進程的資源主要有：進程代碼塊、進程的全局和靜態變量、進程打開的文件描述符、信號的處理器、進程當前的目錄、進程ID、進程組ID。

2、進程和線程的區別

• 進程是程序資源分配的最小單位，線程是程序執行的最小單位。
• 進程有本身的內存地址空間，線程包含在進程的地址空間中。
• 相對於進程與進程之間線程之間通訊方式比較方便，線程能共享進程分配到的邏輯內存的資源。也就是說，同一進程下的線程共享全局變量、靜態變量等數據，具體共享的內容1.2中介紹線程已經說明。
• 進程的分配開銷比線程大，可是進程的健壯性比線程高，由於進程間不會互相影響，線程一個掛掉了可能會形成進程崩潰。
• 也能夠這麼說，線程是程序執行的單位，進程只是存放線程的容器，容器會提供線程執行的資源。

3、進程和進程之間的通訊方式

由於進程與進程之間是相互獨立的，因此關於進程之間的通訊數據共享複雜，須要用IPC；數據是分開的，同步簡單，可是佔用內存多，切換複雜，CPU利用率低。

IPC的方式一般有：管道（包括無名管道和命名管道）、消息隊列、信號量、共享存儲、Socket、Streams等。

3.1 管道

管道，一般指無名管道，是 UNIX 系統IPC最古老的形式。

3.1.1 管道的特色

• 它是半雙工的（即數據只能在一個方向上流動），具備固定的讀端和寫端。
• 它只能用於具備親緣關係的進程之間的通訊（也是父子進程或者兄弟進程之間）。
• 它能夠當作是一種特殊的文件，對於它的讀寫也可使用普通的read、write 等函數。可是它不是普通的文件，並不屬於其餘任何文件系統，而且只存在於內存中。

3.1.2 原型結構

當一個管道創建時，它會建立兩個文件描述符：fd[0]爲讀而打開，fd[1]爲寫而打開。以下圖：要關閉管道只需將這兩個文件描述符關閉便可。

 

管道原型

3.13 示例

單個進程中的管道幾乎沒有任何用處。因此，一般調用 pipe 的進程接着調用 fork，這樣就建立了父進程與子進程之間的 IPC 通道。以下圖所示：

 

示例

若要數據流從父進程流向子進程，則關閉父進程的讀端（fd[0]）與子進程的寫端（fd[1]）；反之，則可使數據流從子進程流向父進程。

3.2 有名管道FIFO

FIFO，也稱爲命名管道，它是一種文件類型。

3.2.1 特色

• 有名管道也是半雙工的通訊方式，可是它容許無親緣關係進程間的通訊。
• FIFO能夠在無關的進程之間交換數據，與無名管道不一樣。
• FIFO有路徑名與之相關聯，它以一種特殊設備文件形式存在於文件系統中。

3.2.2 介紹

FIFO的通訊方式相似於在進程中使用文件來傳輸數據，只不過FIFO類型文件同時具備管道的特性。在數據讀出時，FIFO管道中同時清除數據，而且「先進先出」。

3.3 消息隊列

消息隊列，是消息的連接表，存放在內核中。一個消息隊列由一個標識符（即隊列ID）來標識。用戶進程能夠向消息隊列添加消息，也能夠向消息隊列讀取消息。

3.3.1 特色

• 消息隊列是面向記錄的，其中的消息具備特定的格式以及特定的優先級。
• 消息隊列獨立於發送與接收進程。進程終止時，消息隊列及其內容並不會被刪除，因此另外一個進程讀寫的時候要判斷前進程是否已經讀完數據。
• 消息隊列能夠實現消息的隨機查詢,消息不必定要以先進先出的次序讀取,也能夠按消息的指定類型讀取。

3.4 信號量

信號量（semaphore）與已經介紹過的 IPC 結構不一樣，它是一個計數器。信號量用於實現進程間的互斥與同步，而不是用於存儲進程間通訊數據。

3.4.1 特色

• 信號量用於進程間同步，若要在進程間傳遞數據須要結合共享內存。
• 信號量基於操做系統的 PV 操做，程序對信號量的操做都是原子操做。
• 每次對信號量的 PV 操做不只限於對信號量值加 1 或減 1，並且能夠加減任意正整數。
• 支持信號量組。

3.5 共享內存

共享內存（Shared Memory），指兩個或多個進程共享一個給定的存儲區。

3.5.1 特色

• 共享內存是最快的一種 IPC，由於進程是直接對內存進行存取。
• 由於多個進程能夠同時操做，因此須要進行同步。
• 信號量+共享內存一般結合在一塊兒使用，信號量用來同步對共享內存的訪問。

3.6 五種通訊方式的對比

1.管道：速度慢，容量有限，只有父子進程能通信
2.FIFO：任何進程間都能通信，但速度慢
3.消息隊列：容量受到系統限制，且要注意第一次讀的時候，要考慮上一次沒有讀完數據的問題
4.信號量：不能傳遞複雜消息，只能用來同步
5.共享內存區：可以很容易控制容量，速度快，但要保持同步，好比一個進程在寫的時候，另外一個進程要注意讀寫的問題，至關於線程中的線程安全，固然，共享內存區一樣能夠用做線程間通信，不過沒這個必要，線程間原本就已經共享了同一進程內的一塊內存。

4、線程與線程之間的通訊（多線程）

4.1 同步

4.2 wait和notify/notifyAll機制

4.3 while輪詢的方式

4.4 管道通訊

4.5 Semaphore 信號量

做者：淺藍色的麻吉 連接：https://www.jianshu.com/p/00bd894ff86c 來源：簡書 著做權歸做者全部。商業轉載請聯繫做者得到受權，非商業轉載請註明出處。