linux內核--進程與線程


http://blog.csdn.net/yusiguyuan/article/details/12154823

 

在《linux內核設計與實現》中第三章講解了進程管理,在關於進程和線程的概念之間的區別還是由點模糊。書中說道:

    進程就是處於執行期的程序。但進程並不僅僅局限於一段可執行程序代碼。通常進程還要包含其他資源,像打開的文件,掛起的信號,內核內部數據,持利器狀態,一個或多個具有內存映射的內存地址空間以及一個或多個執行線程,當然還包括用來存放全局變量的數據段等。

    然而每一個線程都擁有一個獨立的程序計數器、進程棧和一組進程寄存器。下面一句話:內核調度的對象是線程,而不是進程。其實這句話的前提是一個進程只包含一個線程。在當前操作系統中,一個進程都是包括多個線程的。

    任務(task) 是最抽象的,是一個一般性的術語,指由軟件完成的一個活動。一個任務既可以是一個進程,也可以是一個線程。簡而言之,它指的是一系列共同達到某一目的的操 作。例如,讀取數據並將數據放入內存中。這個任務可以作為一個進程來實現,也可以作為一個線程(或作為一個中斷任務)來實現。

  進程(process)常常被定義為程序的執行。可以把一個進程看成是一個獨立的程序,在內存中有其完備的數據空間和代碼空間。一個進程所擁有的數據和變量只屬於它自己。

  線程(thread)則是某一進程中一路單獨運行的程序。也就是說,線程存在於進程之中。一個進程由一個或多個線程構成,各線程共享相同的代碼和全局數據,但各有其自己的堆棧。由於堆棧是每個線程一個,所以局部變量對每一線程來說是私有的。由於所有線程共享同樣的代碼和全局數據,它們比進程更緊密,比單獨的進程間更趨向於相互作用,線程間的相互作用更容易些,因為它們本身就有某些供通信用的共享內存:進程的全局數據。

  一個進程和一個線程最顯著的區別是:線程有自己的全局數據。線程存在於進程中,因此一個進程的全局變量由所有的線程共享。由於線程共享同樣的系統區域,操作系統分配給一個進程的資源對該進程的所有線程都是可用的,正如全局數據可供所有線程使用一樣。

簡 而言之,一個程序至少有一個進程,一個進程至少有一個線程。線程的划分尺度小於進程,使得多線程程序的並發性高。另外,進程在執行過程中擁有獨立的內存單 元,而多個線程共享內存,從而極大地提高了程序的運行效率。線程在執行過程中與進程還是有區別的。每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。但是線程不能夠獨立執行,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。從邏輯角度來看,多線程的意義在於一個應用程序中,由多個執 行部分可以同時執行。但操作系統並沒有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,這就是進程和線程的重要區別。

一個線程可以創建和撤銷另一個線程;同一個進程中的多個線程之間可以並發執行。

進程和線程的主要差別在於它們是不同的操作系統資源管理方式。進程有獨立的地址空間,一個進程崩潰后,在保護模式下不會對其它進程產生影響,而線程只是一 個進程中的不同執行路徑。線程有自己的堆棧和局部變量,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,所以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。但對於一些要求同時進行並且又要共享某些變量的並發操作,只能用線程,不能用進程。


進程概念 
   進程是表示資源分配的基本單位,又是調度運行的基本單位。例如,用戶運行自己的程序,系統就創建一個進程,並為它分配資源,包括各種表格、內存空間、磁盤 空間、I/O設備等。然后,把該進程放人進程的就緒隊列。進程調度程序選中它,為它分配CPU以及其它有關資源,該進程才真正運行。所以,進程是系統中的 並發執行的單位。 
在Mac、Windows NT等采用微內核結構的操作系統中,進程的功能發生了變化:它只是資源分配的單位,而不再是調度運行的單位。在微內核系統中,真正調度運行的基本單位是線程。因此,實現並發功能的單位是線程。


線程概念 
  線程是進程中執行運算的最小單位,亦即執行處理機調度的基本單位。如果把進程理解為在邏輯上操作系統所完成的任務,那么線程表示完成該任務的許多可能的子任務之一。例如,假 設用戶啟動了一個窗口中的數據庫應用程序,操作系統就將對數據庫的調用表示為一個進程。假設用戶要從數據庫中產生一份工資單報表,並傳到一個文件中,這是 一個子任務;在產生工資單報表的過程中,用戶又可以輸人數據庫查詢請求,這又是一個子任務。這樣,操作系統則把每一個請求――工資單報表和新輸人的數據查 詢表示為數據庫進程中的獨立的線程。

     線程可以在處理器上獨立調度執行,這樣,在多處理器環境下就允許幾個線程各自在單獨處理器上進行。操作系統提供線程就是為了方便而有效地實現這種並發性。


引入線程的好處
(1)易於調度。
(2)提高並發性。通過線程可方便有效地實現並發性。進程可創建多個線程來執行同一程序的不同部分。
(3)開銷少。創建線程比創建進程要快,所需開銷很少。
(4)利於充分發揮多處理器的功能。通過創建多線程進程(即一個進程可具有兩個或更多個線程),每個線程在一個處理器上運行,從而實現應用程序的並發性,使每個處理器都得到充分運行。 


進程和線程的關系
(1)一個線程只能屬於一個進程,而一個進程可以有多個線程,但至少有一個線程。
(2)資源分配給進程,同一進程的所有線程共享該進程的所有資源。
(3)處理機分給線程,即真正在處理機上運行的是線程。
(4)線程在執行過程中,需要協作同步。不同進程的線程間要利用消息通信的辦法實現同步。

    但是對linux操作系統來說,調度解決的對象是線程而不是進程,很大一部分原因在於linux認為線程和進程是一樣的。

關於進程和線程的另外一個很恰當的解釋:http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes_and_threads.html


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