进程与线程的关系

Posted 2021-03-05 liugangjiayou

进程与线程的关系

1. 线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。
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。
3. 线程在执行过程中，需要协作同步。不需要进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。
4. 处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程。
5. 线程是指进程内的一个执行单元，也是进程内的可调度实体。

为什么在进程中派生出线程？

1. 应用的需要
2. 开销的考虑
3. 性能的考虑

线程的应用

• 典型的应用
  • web服务器
• 工作方式
  • 从客户端接收网页请求(http协议)
  • 从磁盘上检索相关网页，读入内存
  • 将网页返回给对应的客户端
• 如何提高服务器工作效率？
  • 网页缓存

没有线程

• 一个服务进程
  • 顺序编程：性能下降
• 有限状态机
  • 编程模型复杂：采用非阻塞I/O

模型	特性
多线程	有并发、阻塞系统调用
单线程进程	无并发、阻塞系统调用
有限状态机	有并发、非阻塞系统调用、中断

构造服务器的三种方法

1. 进程与线程的关系

线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型进程(Light-Weight Process)或进程元；而把传统的进程称为重型进程(Heavy-Weight Process)，它相当于只有一个线程的任务。在引入了线程的操作系统中，通常一个进程都有若干个线程，至少需要有一个线程。下面，我们从调度、并发性、系统开销、拥有资源等方面，来比较线程与进程。

(1). 调度

在传统的操作系统中，拥有资源的基本单位和独立调度的基本单位都是进程。而在引入线程的操作系统中，则把线程作为调度和分配的基本单位，而把进程作为拥有资源的基本单位，使传统进程的两个属性分开，线程便能轻装运行，从而可显著地提高系统的并发程度。在同一进程中，线程的切换不会引起进程的切换，在由一个进程中的线程切换到另一个进程中的线程时，将会引起进程的切换。

(2). 并发性

在引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，而且在一个进程中的多个线程之间，亦可并发执行，因而使操作系统具有更好的并发性，从而能更有效地使用系统资源和提高系统吞吐量。例如，在一个未引入线程的单CPU操作系统中，若仅设置一个文件服务进程，当它由于某种原因被阻塞时，便没有其它的文件服务进程来提供服务。在引入了线程的操作系统中，可以在一个文件服务进程中，设置多个服务线程，当第一个线程等待时，文件服务进程中的第二个线程可以继续运行；当第二个线程阻塞时，第三个线程可以继续执行，依此类推，从而显著地提高了文件服务的质量以及系统吞吐量。

(3). 拥有资源

不论是传统的操作系统，还是设有线程的操作系统，进程都是拥有资源的一个独立单位，它可以拥有自己的资源。一般地说，线程自己不拥有系统资源(只有一些必不可少的资源)，但它可以访问其隶属进程的资源。亦即，—个进程的代码段、数据段以及系统资源，如已打开的文件、I/O设备等，可供同一进程的所有线程共享。

(4). 系统开销

由于在创建或撤消进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、I/O设备等。因此，操作系统所付出的开销将显著地大于在创建或撤消线程时的开销。类似地，在进行进程切换时，涉及到当前进程整个CPU环境的保存以及新被调度运行的进程的CPU环境的设置。而线程切换只需保存和设置少量寄存器的内容，并不涉及存储器管理方面的操作。可见，进程切换的开销也远大于线程切换的开销。此外，由于同一进程中的多个线程具有相同的地址空间，致使它们之间的同步和通信的实现，也变得比较容易。在有的系统中，线程的切换、同步和通信都无需操作系统内核的干预。

• 线程的状态及转换

线程既然是进程中的一个执行体，是系统进行调度的独立单位，它就是一个动态的过程，因此，也就有生命周期，即由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡。在线程的生命周期中，它总是从一种状态变迁到另一种状态。与进程类似，在不同的操作系统中，线程的状态有所不同，下面给出在Windows 2000/XP中的线程及其转换图，如图2.17。

• 线程调度

线程调度与进程调度类似，原则上讲，高优先级的线程比低优先级的线程有更多的运行机会，当低优先级的线程在运行时，被唤醒的或结束I/O等待的高优先级线程立即抢占CPU并开始运行，如果线程具有相同的优先级，则通过轮转来抢占CPU资源。在Windows 2000/XP中，采用的是基于优先级的抢占式多CPU调度策略。