Linux进程与线程的基本概念及区别

Posted 2023-03-14 Wayne_hzw

前言

假设你正在玩一款在线多人游戏，在游戏中，有多个角色需要进行不同的操作，例如攻击、移动、释放技能等等。

接下来，我们用玩游戏的例子，来解释进程和和线程的概念，以及进程和线程的区别。

进程的基本概念

我们可以将整个游戏看作一个进程，它是操作系统中资源分配的基本单位，拥有自己的地址空间、内存、CPU 时间片等资源。

在游戏中，进程相当于整个游戏程序的运行实例，负责接收和处理来自玩家的各种请求，并将结果返回给客户端。

例如，当你点击攻击按钮时，进程会根据你的请求进行计算，然后将伤害值发送回客户端，让你的角色进行攻击动作。

• 进程是正在运行中的程序的实例，每个进程都有自己的地址空间、系统资源和状态。

• 进程是由操作系统启动的，它可以包含一个或多个线程。进程的创建是通过系统调用 fork() 函数实现的。

• 每个进程都具有唯一的 PID，用来唯一标识该进程。

• PID 是在进程创建时由操作系统分配的，并且在该进程的生命周期中都是唯一的。

• 进程可通过信号和管道等方式进行通信和同步。

进程创建伪代码示例：

pid_t pid = fork();
if (pid < 0) 
    // fork 失败

else if (pid == 0) 
    // 子进程逻辑

else 
    // 父进程逻辑

线程的基本概念

在游戏中，线程可以看作是进程的子任务，它是操作系统中调度的基本单位，但是它与父进程共享地址空间和部分资源，可以并行执行。

在游戏中，每个角色都可以看作是一个线程，它们可以同时进行不同的操作，例如有的角色在攻击，有的角色在移动。

如果游戏中只有一个线程，那么所有角色的操作都必须依次执行，这会导致游戏的卡顿和延迟。

• 线程是进程的执行单位，是在进程内部创建和执行的，可以认为是进程内部的子进程。

• 线程与进程的不同之处在于它们共享进程的地址空间，包括全局变量、堆栈和代码段等资源。

• Linux 中的线程是通过系统调用 pthread_create() 函数创建的，每个线程都有自己独立的线程 ID 和执行函数。

• 线程的创建和销毁是在进程内部完成的，因此线程的开销要低于进程。

• 线程的调度由操作系统来完成，调度优先级、时间片和同步机制是线程的重要属性。

• 线程的同步机制可以通过信号量、互斥量和条件变量等实现。

线程伪代码示例：

pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid, NULL, start_routine, arg);
if (ret != 0) 
    // 线程创建失败

else 
    // 线程创建成功

进程与线程的差异

在游戏中，进程和线程的作用是相互协调，共同完成游戏的各项任务。

进程负责整个游戏的管理和调度，而线程则负责处理每个角色的操作。

当多个角色需要同时执行不同的操作时，线程的并行执行可以提高游戏的运行效率和响应速度。

• 地址空间：进程具有独立的地址空间，线程共享进程的地址空间；

• 资源分配：进程是操作系统中的资源分配的最小单位，而线程则共享同一个进程的资源；

• 系统开销：线程创建、撤销和切换比进程要快，具有较小的开销;

• 执行效率：线程之间共享进程的资源，多个线程可以并发执行，程序的效率和响应速度较高

• 通信方式：进程间的通信和数据交换需要使用特殊的机制（例如管道、共享内存等），而线程之间的通信和数据交换则可以直接通过共享的变量和内存来实现；

• 调度方式：进程的调度是由操作系统决定的，而线程的调度则由进程自己控制；

• 安全性能：进程之间互不影响，安全性较高，而线程之间共享内存空间，需要对共享资源进行访问控制，否则会出现竞争和内存泄漏等问题

进程和线程的使用场景

一般来说，当需要进行任务的资源分配和系统调度时，应该选择使用进程。

如果任务可以并行执行，又需要高效的资源共享和通信，这时候可以使用线程。

选择进程还是线程的特殊情况：

1. 系统中存在多个核心和CPU，可以使用多进程或多线程来进行并发执行。

2. 程序需要使用大量的计算资源，这种情况下多线程执行效率更高。

3. 程序需要同时处理多个任务，这时候可以使用进程来完成任务的资源分配和系统调度，同时使用线程来执行任务的具体操作。

4. 对于需要高可靠性的程序（如金融系统等），可以使用多进程来进行处理，从而保证一个进程崩溃不会影响到整个系统的运行。

小结

进程和线程是 Linux 系统中的基本概念，每个进程都拥有独立的地址空间、系统资源和状态，而每个线程共享进程的地址空间和资源。在 Linux 中，进程和线程是实现多任务和多线程编程的基础。通过本文的介绍，您已经了解了 Linux 中进程和线程的基本概念及它们之间的区别。

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