进程与线程概述

进程与线程

首先来一句概括的总论:进程和线程都是一个CPU工作时间段的描述,进程是描述一定任务的,而线程是对应任务的分解,线程的集合就是进程。

下面细说背景:(部分引用自知乎问答)

CPU+RAM+各种资源(比如显卡,光驱,键盘,GPS, 等等外设)构成我们的电脑,但是电脑的运行,实际就是CPU和相关寄存器以及RAM之间的事情。

一个最最基础的事实:CPU太快,太快,太快了,寄存器仅仅能够追的上他的脚步,RAM和别的挂在各总线上的设备完全是望其项背。那当多个任务要执行的时候怎么办呢?轮流着来?或者谁优先级高谁来?不管怎么样的策略,一句话就是在CPU看来就是轮流着来。

一个必须知道的事实:执行一段程序代码,实现一个功能的过程介绍 ,当得到CPU的时候,相关的资源必须也已经就位,就是显卡啊,GPS啊什么的必须就位,然后CPU开始执行。这里除了CPU以外所有的就构成了这个程序的执行环境,也就是我们所定义的程序上下文。当这个程序执行完了,或者分配给他的CPU执行时间用完了,那它就要被切换出去,等待下一次CPU的执行时间。在被切换出去的最后一步工作就是保存程序上下文,因为这个是下次他被CPU执行时间的运行环境,必须保存,否则就无法继续之前的任务了。

串联起来的事实:前面讲过在CPU看来所有的任务都是一个一个的轮流执行的。

具体的轮流方法就是:先加载程序A的上下文,然后开始执行A,保存程序A的上下文,调入下一个要执行的程序B的程序上下文,然后开始执行B,保存程序B的上下文。。。。

从上面我们知道了一个事实就是:进程=(CPU加载上下文+CPU执行时间+CPU保存上下文)*N

线程是什么呢?

由于进程的颗粒度太大,而且软件的执行不可能是一条逻辑执行的,必定有多个分支和多个程序段,就好比要实现程序A,实际分成 a,b,c等小任务组合而成。那么可以切割任务的地方就是CPU执行时间了,通过切割CPU时间来实现 a,b,c等小任务的相互合作完成程序A。那么我们现在就可以把确立下面的公式了。

线程 = ( 程序A的a小段 + 程序A的b小段 + 程序A的c小段 )*N

综合两个公式,那么有以下公式

进程 =(CPU加载上下文 + ( 程序A的a小段 + 程序A的b小段 + 程序A的c小段 )*N + CPU保存上下文 )*N

也就是说线程是共享了进程的上下文环境,是更为细小的CPU时间段。

那么我们现在来总结一下网络上对进程和线程的说法:

(1)进程是资源的分配和调度的一个独立单元,而线程是CPU调度的基本单元

(2)同一个进程中可以包括多个线程,并且线程共享整个进程的资源(寄存器、堆栈、上下文),一个进程至少包括一个线程。

(3)进程结束后它拥有的所有线程都将销毁,而线程的结束不会影响同个进程中的其他线程的结束

(4)线程是轻量级的进程,它的创建和销毁所需要的时间比进程小很多,所有操作系统中的执行功能都是创建线程去完成的

(5)线程中执行时一般都要进行同步和互斥,因为他们共享同一进程的所有资源

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