程序、进程与线程

一、程序

　　程序是存储在磁盘上， 包含可执行机器指令和数据的静态实体。 即进程或者任务是处于活动状态的计算机程序。

二、进程

　　进程是资源（CPU、内存等）分配的基本单位，它是程序执行时的一个实例，即运行中的程序。

　　一个运行着的程序，可能有多个进程。进程在操作系统中执行特定的任务。

　　程序运行时系统就会创建一个进程，并为它分配资源，然后把该进程放入进程就绪队列，进程调度器选中它的时候就会为它分配CPU时间，程序开始真正运行。

　　1.分类：进程一般分为交互进程、批处理进程和守护进程三类。守护进程总是活跃的，一般是后台运行。 

　　　　　　守护进程一般是由系统在开机时通过脚本自动激活启动， 或者由超级用户root来启动。

　　2.查看进程  ：ps /  ps axu /  ps  -efl

　　3.获取进程号：getpid

　　4.创建子进程：fork

　　　　创建一个子进程，失败返回-1；调用一次，返回两次 分别在父子进程中返回子进程的PID和0。 用返回值的不同，可以分别为父子进程编写不同的处理分支。　　

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main () 
{
    printf ("%u进程：我要调用fork()了...\n", getpid ());

    pid_t pid = fork ();
    if (pid == -1) 
    {
        perror ("fork");
        return -1;
    }

    if (pid == 0) 
    {
        printf ("%u进程：我是%u进程的子进程。\n", getpid (),
        getppid ());
        return 0;
    }

    printf ("%u进程：我是%u进程的父进程。\n", getpid (), pid);
    sleep (1);
    return 0;
}

　　　　① 子进程获得父进程数据段和堆栈段(包括I/O流缓冲区)的拷贝，但子进程共享父进程的代码段。

　　　　② 函数调用后父子进程各自继续运行 ，其先后顺序不确定, 某些实现可以保证子进程先被调度。

　　　　③ 共享文件表 ：函数调用后，父进程的文件描述符表(进程级)也会被复制到子进程中，二者共享同一个文件表(内核级)。

　　　　④ 总进程数或实际用户ID所拥有的进程数，超过系统限制，该函数将失败。

　　　　⑤  一个进程如果希望创建自己的副本并执行同一份代码，或希望与另一个程序并发地运行，都可以使用该函数。

　　　　⑥ 孤儿进程：父进程先于子进程结束，子进程成为孤儿进程，同时被init进程收养，即成为init进程的子进程。

　　　　　 僵尸进程：子进程先于父进程结束，但父进程没有回收子进程的相关资源，该子进程即成为僵尸进程。

　　5.创建子进程：vfork　　

　　该函数的功能与fork基本相同，二者的区别： 

　　　　① fork()：子进程拷贝父进程的数据段,代码段
　　　　　vfork( )：子进程与父进程共享数据段，vfork的子进程并不会拷贝父进程的数据区、堆栈区 创建进程的效率比较高

　　　　② fork()父子进程的执行次序不确定
　　　　　vfork保证子进程先运行,在调用exec 或exit 之前与父进程数据是共享的,在它调用exec或exit 之后父进程才可能被调度运行.

　　　　③ vfork ()保证子进程先运行,在她调用exec 或exit 之后父进程才可能被调度运行.
　　　　　如果在调用这两个函数之前子进程依赖于父进程的进一步动作,则会导致死锁.

三、线程 

　　1.概念　　

　　　　A、线程就是程序的执行路线，即进程内部的控制序列，或者说是进程的子任务。
　　　　B、线程，轻量级，不拥有自己独立的内存资源，共享进程的代码区、数据区、堆区(注意没有栈区)、环境变量和命令行参数、文件描述符、信号处理函数、当前目录、用户ID和组ID等资源。
　　　　C、线程拥有自己独立的栈，因此也有自己独立的局部变量。
　　　　D、一个进程可以同时拥有多个线程，即同时被系统调度的多条执行路线，但至少要有一个主线程。

　　2.特点

　　　　A、线程是进程的一个实体，可作为系统独立调度和分派的基本单位。
　　　　B、线程有不同的状态，系统提供了多种线程控制原语，如创建线程、销毁线程等等。
　　　　C、线程不拥有自己的资源，只拥有从属于进程的全部资源，所有的资源分配都是面向进程的。
　　　　D、一个进程中可以有多个线程并发地运行。它们可以执行相同的代码，也可以执行不同的代码。
　　　　E、同一个进程的多个线程都在同一个地址空间内活动，因此相对于进程，线程的系统开销小，任务切换快。
　　　　F、线程间的数据交换不需要依赖于类似IPC的特殊通信机制，简单而高效。
　　　　G、每个线程拥有自己独立的线程ID、寄存器信息、函数栈、错误码和信号掩码。
　　　　H、线程之间存在优先级的差异。

　　3.创建线程 ：pthread_create

　　4.等待线程：pthread_join

　　5.获取线程自身ID：pthread_self

　　6.比较两个线程：pthread_equal

　　7.线程分离：int pthread_detach (pthread_t thread);

　　　　　　　　使thread参数所标识的线程进入分离(DETACHED)状态。

　　　　　　　　处于分离状态的线程终止后自动释放线程资源，且不能被pthread_join函数等待

　　8.终止线程：pthread_exit

　　9.取消线程：pthread_cancel

 

总结：

　　一、程序与进程的联系与区别

　　　　　　① 进程是动态的，而程序是静态的。
　　　　　　② 进程有一定的生命期，而程序是指令的集合，本身无“运动”的含义。没有建立进程的程序不能作为1个独立单位得到操作系统的认可。
　　　　　　③ 1个程序可以对应多个进程，但1个进程只能对应1个程序。进程和程序的关系犹如演出和剧本的关系。
　　　　　　④ 进程和程序的组成不同。从静态角度看，进程由程序、数据和进程控制块（PCB）三部分组成。而程序是一组有序的指令集合。

　　二、进程与线程的联系与区别

　　　　联系：

　　　　　　① 线程是进程的最小执行和分配单元，不能独立运动，必须依赖于进程，这也就可以说众多的线程组成了进程。

　　　　　　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。

　　　　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

　　　　　　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：在创建或撤消进程时，由于系统都要为之分配和回收资源，导致系统的开销明显大于创建或撤消线程时的开销。