多線程和多進程的區別（小結）

分類： linux 2009-06-19 09:33 14421人閱讀 評論(16) 收藏 舉報

很想寫點關於多進程和多線程的東西，我確實很愛他們。可是往往想動手寫點關於他們的東西，卻老是求全心理做祟，始終動不了手。

今天終於下了決心，寫點東西，之後能夠再修修補補也無妨。

 

一.爲什麼須要多進程（或者多線程），爲什麼須要併發？

這個問題或許自己都不是個問題。可是對於沒有接觸過多進程編程的朋友來講，他們確實沒法感覺到併發的魅力以及必要性。

我想，只要你不是成天都寫那種int main()到 底的代碼的人，那麼或多或少你會遇到代碼響應不夠用的狀況，也應該有嘗過併發編程的甜頭。就像一個快餐點的服務員，既要在前臺接待客戶點餐，又要接電話送 外賣，沒有分身術確定會忙得你焦頭爛額的。幸運的是確實有這麼一種技術，讓你能夠像孫悟空同樣分身，靈魂出竅，樂哉樂哉地輕鬆應付一切情況,這就是多進程/線程技術。

併發技術，就是可讓你在同一時間同時執行多條任務的技術。你的代碼將不只僅是從上到下，從左到右這樣規規矩矩的一條線執行。你能夠一條線在main函數裏跟你的客戶交流，另外一條線，你早就把你外賣送到了其餘客戶的手裏。

 

因此，爲什麼須要併發？由於咱們須要更強大的功能，提供更多的服務，因此併發，必不可少。

 

二.多進程

什麼是進程。最直觀的就是一個個pid,官方的說法就：進程是程序在計算機上的一次執行活動。

說得簡單點，下面這段代碼執行的時候

int main()

{

printf(」pid is %d/n」,getpid() );

return 0;

}

int main() { printf(」pid is %d/n」,getpid() ); return 0; }

 

進入main函數，這就是一個進程，進程pid會打印出來，而後運行到return，該函數就退出，而後因爲該函數是該進程的惟一的一次執行，因此return後，該進程也會退出。

 

看看多進程。linux下建立子進程的調用是fork();

  

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>



void print_exit()
{
       printf("the exit pid:%d/n",getpid() );
}

main ()
{
   pid_t pid;
   atexit( print_exit );      //註冊該進程退出時的回調函數
      pid=fork();
        if (pid < 0)
                printf("error in fork!");
        else if (pid == 0)
                printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid());
        else
        {
               printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid());
              sleep(2);
              wait();
       }

}

#include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <stdio.h> void print_exit() { printf("the exit pid:%d/n",getpid() ); } main () { pid_t pid; atexit( print_exit ); //註冊該進程退出時的回調函數 pid=fork(); if (pid < 0) printf("error in fork!"); else if (pid == 0) printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid()); else { printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid()); sleep(2); wait(); } }

 

i am the child process, my process id is 15806
the exit pid:15806
i am the parent process, my process id is 15805
the exit pid:15805

這是gcc測試下的運行結果。

 

關於fork函數，功能就是產生子進程，因爲前面說過，進程就是執行的流程活動。

那麼fork產生子進程的表現就是它會返回2次，一次返回，順序執行下面的代碼。這是子進程。

一次返回子進程的pid，也順序執行下面的代碼，這是父進程。

（爲什麼父進程須要獲取子進程的pid呢？這個有不少緣由，其中一個緣由：看最後的wait，就知道父進程等待子進程的終結後，處理其task_struct結構，不然會產生殭屍進程,扯遠了，有興趣能夠本身google）。

若是fork失敗，會返回-1.

額外說下atexit( print_exit );須要的參數確定是函數的調用地址。

這裏的print_exit是函數名仍是函數指針呢？答案是函數指針，函數名永遠都只是一串無用的字符串。

某本書上的規則：函數名在用於非函數調用的時候，都等效於函數指針。

 

說到子進程只是一個額外的流程，那他跟父進程的聯繫和區別是什麼呢？

我很想建議你看看linux內核的註解（有興趣能夠看看，那裏纔有本質上的瞭解），總之,fork後，子進程會複製父進程的task_struct結構，併爲子進程的堆棧分配物理頁。理論上來講，子進程應該完整地複製父進程的堆，棧以及數據空間，可是2者共享正文段。

關於寫時複製：因爲通常 fork後面都接着exec，因此，如今的 fork都在用寫時複製的技術，顧名思意，就是，數據段，堆，棧，一開始並不複製，由父，子進程共享，並將這些內存設置爲只讀。直到父，子進程一方嘗試寫這些區域，則內核才爲須要修改的那片內存拷貝副本。這樣作能夠提升 fork的效率。

 

三.多線程

線程是可執行代碼的可分派單元。這個名稱來源於「執行的線索」的概念。在基於線程的多任務的環境中，全部進程有至少一個線程，可是它們能夠具備多個任務。這意味着單個程序能夠併發執行兩個或者多個任務。

 

簡 而言之，線程就是把一個進程分爲不少片，每一片均可以是一個獨立的流程。這已經明顯不一樣於多進程了，進程是一個拷貝的流程，而線程只是把一條河流截成不少 條小溪。它沒有拷貝這些額外的開銷，可是僅僅是現存的一條河流，就被多線程技術幾乎無開銷地轉成不少條小流程，它的偉大就在於它少之又少的系統開銷。（當 然偉大的後面又引起了重入性等種種問題，這個後面慢慢比較）。

仍是先看linux提供的多線程的系統調用：

 

int pthread_create(pthread_t *restrict tidp,                    const pthread_attr_t *restrict attr,                    void *(*start_rtn)(void),                    void *restrict arg);

Returns: 0 if OK, error number on failure

第一個參數爲指向線程標識符的指針。
第二個參數用來設置線程屬性。
第三個參數是線程運行函數的起始地址。
最後一個參數是運行函數的參數。

   

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>


void* task1(void*);
void* task2(void*);


void usr();
int p1,p2;

int main()
{
    usr();
    getchar();
    return 1;
}



void usr()
{
       pthread_t pid1, pid2;
    pthread_attr_t attr;
       void *p;
        int ret=0;
       pthread_attr_init(&attr);         //初始化線程屬性結構
       pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);   //設置attr結構爲分離
       pthread_create(&pid1, &attr, task1, NULL);         //建立線程，返回線程號給pid1,線程屬性設置爲attr的屬性，線程函數入口爲task1，參數爲NULL
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
pthread_create(&pid2, &attr, task2, NULL);
//前臺工做

ret=pthread_join(pid2, &p);         //等待pid2返回，返回值賦給p
       printf("after pthread2:ret=%d,p=%d/n", ret,(int)p);

}

void* task1(void *arg1)
{
printf("task1/n");
//艱苦而沒法預料的工做，設置爲分離線程，任其自生自滅
    pthread_exit( (void *)1);

}

void* task2(void *arg2)
{
    int i=0;
    printf("thread2 begin./n");
    //繼續送外賣的工做
    pthread_exit((void *)2);
}

#include<stdio.h> #include<string.h> #include<stdlib.h> #include<unistd.h> #include<pthread.h> void* task1(void*); void* task2(void*); void usr(); int p1,p2; int main() { usr(); getchar(); return 1; } void usr() { pthread_t pid1, pid2; pthread_attr_t attr; void *p; int ret=0; pthread_attr_init(&attr); //初始化線程屬性結構 pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); //設置attr結構爲分離 pthread_create(&pid1, &attr, task1, NULL); //建立線程，返回線程號給pid1,線程屬性設置爲attr的屬性，線程函數入口爲task1，參數爲NULL pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE); pthread_create(&pid2, &attr, task2, NULL); //前臺工做 ret=pthread_join(pid2, &p); //等待pid2返回，返回值賦給p printf("after pthread2:ret=%d,p=%d/n", ret,(int)p); } void* task1(void *arg1) { printf("task1/n"); //艱苦而沒法預料的工做，設置爲分離線程，任其自生自滅 pthread_exit( (void *)1); } void* task2(void *arg2) { int i=0; printf("thread2 begin./n"); //繼續送外賣的工做 pthread_exit((void *)2); }

 

這個多線程的例子應該很明瞭了，主線程作本身的事情，生成2個子線程，task1爲分離，任其自生自滅，而task2仍是繼續送外賣，須要等待返回。（因該還記得前面說過殭屍進程吧，線程也是須要等待的。若是不想等待，就設置線程爲分離線程）

 額外的說下，linux下要編譯使用線程的代碼，必定要記得調用pthread庫。以下編譯：

 gcc -o pthrea -pthread  pthrea.c

 

四.比較以及注意事項

 

1.看完前面，應該對多進程和多線程有個直觀的認識。若是總結多進程和多線程的區別，你確定能說，前者開銷大，後者開銷較小。確實，這就是最基本的區別。

2.線程函數的可重入性：

說到函數的可重入，和線程安全，我偷懶了，引用網上的一些總結。

 

線程安全：概念比較直觀。通常說來，一個函數被稱爲線程安全的，當且僅當被多個併發線程反覆調用時，它會一直產生正確的結果。

  

 

 

 

 

可重入：概念基本沒有比較正式的完整解釋，可是它比線程安全要求更嚴格。根據經驗，所謂「重入」，常見的狀況是，程序執行到某個函數foo()時，收到信號，因而暫停目前正在執行的函數，轉到信號處理函數，而這個信號處理函數的執行過程當中，又偏偏也會進入到剛剛執行的函數foo()，這樣便發生了所謂的重入。此時若是foo()可以正確的運行，並且處理完成後，以前暫停的foo()也可以正確運行，則說明它是可重入的。

線程安全的條件：

要 確保函數線程安全，主要須要考慮的是線程之間的共享變量。屬於同一進程的不一樣線程會共享進程內存空間中的全局區和堆，而私有的線程空間則主要包括棧和寄存 器。所以，對於同一進程的不一樣線程來講，每一個線程的局部變量都是私有的，而全局變量、局部靜態變量、分配於堆的變量都是共享的。在對這些共享變量進行訪問 時，若是要保證線程安全，則必須經過加鎖的方式。

可重入的判斷條件：

要確保函數可重入，需知足一下幾個條件：

1、不在函數內部使用靜態或全局數據
2、不返回靜態或全局數據，全部數據都由函數的調用者提供。
3、使用本地數據，或者經過製做全局數據的本地拷貝來保護全局數據。
4、不調用不可重入函數。

 

可重入與線程安全並不等同，通常說來，可重入的函數必定是線程安全的，但反過來不必定成立。它們的關係可用下圖來表示：

 

 

好比：strtok函數是既不可重入的，也不是線程安全的；加鎖的strtok不是可重入的，但線程安全；而strtok_r既是可重入的，也是線程安全的。

 

若是咱們的線程函數不是線程安全的，那在多線程調用的狀況下，可能致使的後果是顯而易見的——共享變量的值因爲不一樣線程的訪問，可能發生不可預料的變化，進而致使程序的錯誤，甚至崩潰。

 

3.關於IPC(進程間通訊)

因爲多進程要併發協調工做，進程間的同步，通訊是在所不免的。

稍微列舉一下linux常見的IPC.

linux下進程間通訊的幾種主要手段簡介：

1. 管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用於具備親緣關係進程間的通訊，有名管道克服了管道沒有名字的限制，所以，除具備管道所具備的功能外，它還容許無親緣關係進程間的通訊；
2. 信號（Signal）：信號是比較複雜的通訊方式，用於通知接受進程有某種事件發生，除了用於進程間通訊外，進程還能夠發送信號給進程 自己；linux除了支持Unix早期信號語義函數sigal外，還支持語義符合Posix.1標準的信號函數sigaction（實際上，該函數是基於 BSD的，BSD爲了實現可靠信號機制，又可以統一對外接口，用sigaction函數從新實現了signal函數）；
3. 報文（Message）隊列（消息隊列）：消息隊列是消息的連接表，包括Posix消息隊列system V消息隊列。有足夠權限的進程能夠向隊列中添加消息，被賦予讀權限的進程則能夠讀走隊列中的消息。消息隊列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式字 節流以及緩衝區大小受限等缺點。
4. 共享內存：使得多個進程能夠訪問同一塊內存空間，是最快的可用IPC形式。是針對其餘通訊機制運行效率較低而設計的。每每與其它通訊機制，如信號量結合使用，來達到進程間的同步及互斥。
5. 信號量（semaphore）：主要做爲進程間以及同一進程不一樣線程之間的同步手段。
6. 套接口（Socket）：更爲通常的進程間通訊機制，可用於不一樣機器之間的進程間通訊。起初是由Unix系統的BSD分支開發出來的，但如今通常能夠移植到其它類Unix系統上：Linux和System V的變種都支持套接字。

或許你會有疑問，那多線程間要通訊，應該怎麼作？前面已經說了，多數的多線程都是在同一個進程下的，它們共享該進程的全局變量，咱們能夠經過全局變量來實現線程間通訊。若是是不一樣的進程下的2個線程間通訊，直接參考進程間通訊。

 

4.關於線程的堆棧

說一下線程本身的堆棧問題。

是的，生成子線程後，它會獲取一部分該進程的堆棧空間，做爲其名義上的獨立的私有空間。（爲什麼是名義上的呢？)因爲，這些線程屬於同一個進程，其餘 線程只要獲取了你私有堆棧上某些數據的指針，其餘線程即可以自由訪問你的名義上的私有空間上的數據變量。（注：而多進程是不能夠的，由於不一樣的進程，相同 的虛擬地址，基本不可能映射到相同的物理地址）

 

 

5.在子線程裏fork

 

看過好幾回有人問，在子線程函數裏調用system或者 fork爲什麼出錯，或者fork產生的子進程是徹底複製父進程的嗎？

我測試過，只要你的線程函數知足前面的要求，都是正常的。

 

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>

void* task1(void *arg1)
{
    printf("task1/n");
    system("ls");
    pthread_exit( (void *)1);
}

int main()
{
  int ret=0;
  void *p;
   int p1=0;
   pthread_t pid1;
    pthread_create(&pid1, NULL, task1, NULL);
    ret=pthread_join(pid1, &p);
     printf("end main/n");
    return 1;
}

#include<stdio.h> #include<string.h> #include<stdlib.h> #include<unistd.h> #include<pthread.h> void* task1(void *arg1) { printf("task1/n"); system("ls"); pthread_exit( (void *)1); } int main() { int ret=0; void *p; int p1=0; pthread_t pid1; pthread_create(&pid1, NULL, task1, NULL); ret=pthread_join(pid1, &p); printf("end main/n"); return 1; }

 

 

上面這段代碼就能夠正常得調用ls指令。

 

不過，在同時調用多進程（子進程裏也調用線程函數）和多線程的狀況下，函數體內頗有可能死鎖。

具體的例子能夠看看這篇文章。

 

http://www.cppblog.com/lymons/archive/2008/06/01/51836.aspx

 

 

 

End:暫時寫到這吧，總結這東西，看來真不適合我寫。有空了，想到什麼了，再回來修修補補吧。