什么是進程？什么是線程？
前言
話不多說，先來張思維腦圖~~
- 進程與線程的關系
- 并行與并發(fā)
- 進程與線程的上下文切換
進程與線程的關系
什么是進程
我們編寫的代碼只是一個存儲在硬盤的靜態(tài)文件，通過編譯后就會生成二進制可執(zhí)行文件，當我們運行這個可執(zhí)行文件后，它會被裝載到內(nèi)存中，接著 CPU 會執(zhí)行程序中的每一條指令，那么這個運行中的程序，就被稱為「進程」（Process）。進程包括程序計數(shù)器、寄存器和程序變量的當前值。
進程的特征
- 進程依賴于程序運行而存在，進程是動態(tài)的，程序是靜態(tài)的。
- 進程是操作系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。
- 每個進程擁有獨立的地址空間，地址空間包括代碼區(qū)、數(shù)據(jù)區(qū)和堆棧區(qū)，進程之間的地址空間是隔離的，互不影響。
什么是線程
進程的創(chuàng)建、銷毀與切換存在著較大的時空開銷，在80年代，線程的概念開始出現(xiàn)，線程被設計成進程的一個執(zhí)行路徑，同一個進程中的線程共享進程的資源，因此系統(tǒng)對線程的調(diào)度所需的成本遠遠小于進程。
同一個進程內(nèi)多個線程之間可以共享代碼段、數(shù)據(jù)段、打開的文件等資源，但每個線程各自都有一套獨立的寄存器和棧，這樣可以確保線程的控制流是相對獨立的。
線程的優(yōu)點：
- 一個進程中可以同時存在多個線程；
- 各個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行；
- 各個線程之間可以共享地址空間和文件等資源；
進程與線程的比較
- 進程是資源（包括內(nèi)存、打開的文件等）分配的單位，線程是 CPU 調(diào)度的基本單位；
- 資源開銷：每個進程都有獨立的地址空間，進程之間的切換會有較大的開銷；線程可以看做輕量級的進程，同一個進程內(nèi)的線程共享進程的地址空間，每個線程都有自己獨立的運行棧和程序計數(shù)器，線程之間切換的開銷小。
- 包含關系：一個進程至少有一個線程，線程是進程的一部分，所以線程也被稱為輕權進程或者輕量級進程。
對于，線程相比進程能減少開銷，體現(xiàn)在：
- 線程的創(chuàng)建時間比進程快，因為進程在創(chuàng)建的過程中，還需要資源管理信息，比如內(nèi)存管理信息、文件管理信息，而線程在創(chuàng)建的過程中，不會涉及這些資源管理信息，而是共享它們；
- 線程的終止時間比進程快，因為線程釋放的資源相比進程少很多；
- 同一個進程內(nèi)的線程切換比進程切換快。
- 由于同一進程的各線程間共享內(nèi)存和文件資源，那么在線程之間數(shù)據(jù)傳遞的時候，就不需要經(jīng)過內(nèi)核了，這就使得線程之間的數(shù)據(jù)交互效率更高了；
所以，不管是時間效率，還是空間效率線程比進程都要高。
進程與線程的關系圖
并行與并發(fā)
多個程序、交替執(zhí)行的思想，就有 CPU 管理多個進程的初步想法。
對于一個支持多進程的系統(tǒng)，CPU 會從一個進程快速切換至另一個進程，其間每個進程各運行幾十或幾百個毫秒。
雖然單核的 CPU 在某一個瞬間，只能運行一個進程。但在 1 秒鐘期間，它可能會運行多個進程，這樣就產(chǎn)生并行的錯覺，實際上這是并發(fā)。
上下文切換
進程的上下文切換
所謂的進程上下文，就是一個進程在執(zhí)行的時候，CPU的所有寄存器中的值、進程的狀態(tài)以及堆棧上的內(nèi)容，當內(nèi)核需要切換到另一個進程時，它 需要保存當前進程的所有狀態(tài)，即保存當前進程的進程上下文，以便再次執(zhí)行該進程時，能夠恢復切換時的狀態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行。
發(fā)生進程上下文切換有哪些場景？
- 為了保證所有進程可以得到公平調(diào)度，CPU 時間被劃分為一段段的時間片，這些時間片再被輪流分配給各個進程。
- 進程在系統(tǒng)資源不足（比如內(nèi)存不足）時，要等到資源滿足后才可以運行，這個時候進程也會被掛起，并由系統(tǒng)調(diào)度其他進程運行；
- 當進程通過睡眠函數(shù) sleep 這樣的方法將自己主動掛起時，自然也會重新調(diào)度；
- 當有優(yōu)先級更高的進程運行時，為了保證高優(yōu)先級進程的運行，當前進程會被掛起，由高優(yōu)先級進程來運行；
線程的上下文切換
當進程擁有多個線程時，這些線程會共享相同的虛擬內(nèi)存和全局變量等資源，這些資源在上下文切換時是不需要修改的；
不過，線程也有自己的私有數(shù)據(jù)，比如棧和寄存器等，這些在上下文切換時也是需要保存的。
線程上下文切換的是什么？
當兩個線程是屬于同一個進程，因為虛擬內(nèi)存是共享的，所以在切換時，虛擬內(nèi)存這些資源就保持不動，只需要切換線程的私有數(shù)據(jù)、寄存器等不共享的數(shù)據(jù)；
所以，線程的上下文切換相比進程，開銷要小很多。
