进程与线程
进程与线程
进程
Process
早期的操作系统是单道批处理的,但是由于CPU执行是高效率的,而IO是低速的,所以就会出现CPU要等待IO的情况。为了进一步提高CPU利用率,就设计出了多道批处理系统,使多道程序能共享CPU和系统资源。后面又因为共享系统资源而导致程序在执行的过程中相互限制,所以就引入进程来给程序提供一个抽象的概念,他能申请到系统资源并且独立给程序提供资源,从而解决程序间因为共享资源而相互限制的问题。
进程是具有独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度(在线程出现之前)的一个独立单位。
特征
动态性:进程的实质是程序的一次执行过程,是动态产生,动态消亡的。
并发性:任何进程都可以同其他进程一起并发执行。
独立性:进程是一个能独立运行的基本单位,同时也是系统分配资源和调度的独立单位。
异步性:由于进程间的相互制约,使进程具有执行的间断性,即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。
结构特征:进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。
线程
Thread
60年代,在OS中能拥有资源和独立运行的基本单位是进程,然而随着计算机技术的发展,进程出现了很多弊端,一是由于进程是资源拥有者,创建、撤消与切换存在较大的时空开销,因此需要引入轻型进程;二是由于对称多处理机(SMP)出现,可以满足多个运行单位,而多个进程并行开销过大。
因此在80年代,出现了能独立运行的基本单位:线程
。
线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中,是进程中的实际运作单位。
特点
在多线程OS中,通常是一个进程中包括多个线程,每个线程都是作为利用CPU的基本单位,是花费最小开销的实体。线程具有以下属性:
- 轻型实体:线程基本上不拥有系统资源,只是有一点必不可少的、能保证独立运行的资源。
- 独立调度和分派的基本单位:线程是能独立运行的基本单位,因而也是独立调度和分派的基本单位。由于线程很“轻”,故线程的切换非常迅速且开销小(在同一进程中的)。
- 可并发执行:在一个进程中的多个线程之间,可以并发执行,甚至允许在一个进程中所有线程都能并发执行;同样,不同进程中的线程也能并发执行,充分利用和发挥了处理机与外围设备并行工作的能力。
- 共享进程资源:在同一进程中的各个线程,都可以共享该进程所拥有的资源,这首先表现在:所有线程都具有相同的地址空间(进程的地址空间),这意味着,线程可以访问该地址空间的每一个虚地址;此外,还可以访问进程所拥有的已打开文件、定时器、信号量机构等。由于同一个进程内的线程共享内存和文件,所以线程之间互相通信不必调用内核。
二者比较
进程是资源分配的基本单位。所有与该进程有关的资源,都被记录在进程控制块PCB中。以表示该进程拥有这些资源或正在使用它们。
另外,进程也是抢占处理机的调度单位,它拥有一个完整的虚拟地址空间。当进程发生调度时,不同的进程拥有不同的虚拟地址空间,而同一进程内的不同线程共享同一地址空间。
与进程相对应,线程与资源分配无关,它属于某一个进程,并与进程内的其他线程一起共享进程的资源。
线程只由相关堆栈(系统栈或用户栈)寄存器和线程控制表TCB组成。寄存器可被用来存储线程内的局部变量,但不能存储其他线程的相关变量。
通常在一个进程中可以包含若干个线程,它们可以利用进程所拥有的资源。在引入线程的操作系统中,通常都是把进程作为分配资源的基本单位,而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位。由于线程比进程更小,基本上不拥有系统资源,故对它的调度所付出的开销就会小得多,能更高效的提高系统内多个程序间并发执行的程度,从而显著提高系统资源的利用率和吞吐量。因而近年来推出的通用操作系统都引入了线程,以便进一步提高系统的并发性,并把它视为现代操作系统的一个重要指标。
线程与进程的区别可以归纳为以下4点:
- 地址空间和其它资源(如打开文件):进程间相互独立,同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。
- 通信:进程间通信IPC,线程间可以直接读写进程数据段(如全局变量)来进行通信——需要进程同步和互斥手段的辅助,以保证数据的一致性。
- 调度和切换:线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
- 在多线程OS中,进程不是一个可执行的实体。
参考: