计算机基础-进程与线程的区别与联系(附面试题)

以你之姓@ 2022-11-17 05:30 185阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  一、进程
 *  二、线程
 *  三、小结
 *  四、面试常见问题
 *   *  1.线程之间的是怎么进行交互的？
     *  2.进程之间又是怎样进行交互？
     *   *  2.1管道
         *  2.2信号量
         *  2.3信号
         *  2.4消息队列
         *  2.5共享内存
         *  2.6套接字：可用于不同及其间的进程通信
     *  3.多线程、多进程应用场景

# 一、进程 #

**进程**（Process） 是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是**系统进行资源分配和调度的基本单位**，是**操作系统结构的基础**。 在当代面向线程设计的计算机结构中，**进程是线程的容器**。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。

*  进程：指在系统中正在运行的一个应用程序；程序一旦运行就是进程；进程——**资源分配的最小单位**。

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*  “内存”：这里指的不是(2G/4G/8G/16G)物理内存,这里的内存是逻辑内存。指的是内存的寻址空间。**每个进程的内存是相互独立的**。否则的话会出现一个问题：我们把指针的值改一改就指向其他进程的内存了，通过这样我们岂不是就可以看到其他进程中"微信"或者是"网上银行"的信息，这样的话，那我们的微信聊天记录或者是银行账户的信息就都被别人找到了。
 *  “文件/网络句柄”：它们是所有的进程所共有的，例如打开同一个文件，去抢同一个网络的端口这样的操作是被允许的。
 *  “线程”

# 二、线程 #

**线程**（thread） 是**操作系统能够进行运算调度的最小单位**。它被**包含在进程之中，是进程中的实际运作单位**。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，**一个进程中可以并发多个线程**，每条线程并行执行不同的任务。

*  线程：系统**分配处理器时间资源的基本单元**，或者说进程之内独立执行的一个单元执行流。线程——**程序执行的最小单位**。

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*  栈:  
    我们通常都是说调用堆栈，其实这里的堆是没有含义的，调用堆栈就是调用栈的意思。  
    我们从主线程的入口main函数，会不断的进行函数调用，  
    每次调用的时候，会把所有的参数和返回地址压入到栈中。
 *  PC：  
    Program Counter 程序计数器，操作系统真正运行的是一个个的线程，  
    而我们的**进程只是它的一个容器**。**PC就是指向当前的指令，而这个指令是放在内存中**。  
    每个线程都有一串自己的指针，去指向自己当前所在内存的指针。  
    计算机绝大部分是存储程序性的，说的就是我们的数据和程序是存储在同一片内存里的  
    这个内存中既有我们的数据变量又有我们的程序。所以我们的**PC指针就是指向我们的内存的**。
 *  缓冲区溢出  
    例如我们经常听到一个漏洞：缓冲区溢出  
    例如：我们有个地方要输入用户名，本来是用来存数据的地方。  
    然后黑客把数据输入的特别长。这个长度超出了我们给数据存储的内存区，这时候跑到了  
    我们给程序分配的一部分内存中。黑客就可以通过这种办法将他所要运行的代码  
    写入到用户名框中，来植入进来。我们的解决方法就是，用用户名的长度来限制不要超过  
    用户名的缓冲区的大小来解决。
 *  TLS:  
    全称：thread local storage  
    之前我们看到每个进程都有自己独立的内存，这时候我们想，我们的线程有没有一块独立的内存呢?答案是有的，就是TLS。  
    可以用来存储我们线程所独有的数据。  
    可以看到：线程才是我们操作系统所真正去运行的，而进程呢，则是像容器一样他把需要的一些东西放在了一起，而把不需要的东西做了一层隔离，进行隔离开来。

**引入线程带来的主要好处**：

*  在进程内创建、终止线程比创建、终止进程要快；
 *  同一进程内的线程间切换比进程间的切换要快,尤其是用户级线程间的切换。

# 三、小结 #

*  进程要分配一大部分的内存，而线程只需要分配一部分栈就可以了.
 *  一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.
 *  进程是资源分配的最小单位，线程是程序执行的最小单位。
 *  一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程中的多个线程之间可以并发执行.
 *  线程执行开销小，但不利于资源的管理和保护；而进程正相反。同时，线程适合于在SMP机器上运行，而进程则可以跨机器迁移。

线程才是我们操作系统所真正去运行的，而进程呢，则是像容器一样他把需要的一些东西放在了一起，而把不需要的东西做了一层隔离，进行隔离开来。

# 四、面试常见问题 #

## 1.线程之间的是怎么进行交互的？ ##

*  锁机制：包括互斥锁、条件变量、读写锁
    
     *  互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法。
     *  读写锁允许多个线程同时读共享数据，而对写操作是互斥的。
     *  条件变量可以以原子的方式阻塞进程，直到某个特定条件为真为止。对条件的测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。
 *  信号量机制(Semaphore)：包括无名线程信号量和命名线程信号量
 *  信号机制(Signal)：类似进程间的信号处理  
    线程间的通信目的主要是用于线程同步，所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机制。

## 2.进程之间又是怎样进行交互？ ##

[详细文章https://www.jianshu.com/p/c1015f5ffa74][https_www.jianshu.com_p_c1015f5ffa74]

### 2.1管道 ###

管道分为有名管道和无名管道  
**无名管道**是一种半双工的通信方式,数据只能单向流动,而且只能在具有亲缘关系的进程间使用.进程的亲缘关系一般指的是父子关系。无明管道一般用于两个不同进程之间的通信。当一个进程创建了一个管道,并调用fork创建自己的一个子进程后,父进程关闭读管道端,子进程关闭写管道端,这样提供了两个进程之间数据流动的一种方式。  
**有名管道**也是一种半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

无名管道：

*  优点：简单方便；
 *  缺点：
    
     *  局限于单向通信
     *  只能创建在它的进程以及其有亲缘关系的进程之间;
     *  缓冲区有限；

有名管道：

*  优点：可以实现任意关系的进程间的通信；
 *  缺点：
    
     *  长期存于系统中，使用不当容易出错；
     *  缓冲区有限

### 2.2信号量 ###

信号量是一个计数器,可以用来控制多个线程对共享资源的访问.,它不是用于交换大批数据,而用于多线程之间的同步.**它常作为一种锁机制**,防止某进程在访问资源时其它进程也访问该资源.因此,主要作为进程间以及同一个进程内不同线程之间的同步手段.

*  优点：可以同步进程；
 *  缺点：信号量有限

### 2.3信号 ###

信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生.

### 2.4消息队列 ###

消息队列是消息的链表,存放在内核中并由消息队列标识符标识.消息队列克服了信号传递信息少,管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等特点.消息队列是UNIX下不同进程之间可实现共享资源的一种机制,UNIX允许不同进程将格式化的数据流以消息队列形式发送给任意进程.对消息队列具有操作权限的进程都可以使用msget完成对消息队列的操作控制.通过使用消息类型,进程可以按任何顺序读信息,或为消息安排优先级顺序.

*  优点：可以实现任意进程间的通信，并通过系统调用函数来实现消息发送和接收之间的同步，无需考虑同步问题，方便；
 *  缺点：信息的复制需要额外消耗CPU的时间，不适宜于信息量大或操作频繁的场合

### 2.5共享内存 ###

共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问.共享内存是最快的IPC(进程间通信)方式,它是针对其它进程间通信方式运行效率低而专门设计的.它往往与其他通信机制,如信号量,配合使用,来实现进程间的同步与通信.

*  优点：无须复制，快捷，信息量大；
 *  缺点：
    
     *  通信是通过将共无法实现享空间缓冲区直接附加到进程的虚拟地址空间中来实现的，因此进程间的读写操作的同步问题；
     *  利用内存缓冲区直接交换信息，内存的实体存在于计算机中，只能同一个计算机系统中的诸多进程共享，不方便网络通信

### 2.6套接字：可用于不同及其间的进程通信 ###

*  优点：
    
     *  传输数据为字节级，传输数据可自定义，数据量小效率高；
     *  传输数据时间短，性能高；
     *  适合于客户端和服务器端之间信息实时交互；
     *  可以加密,数据安全性强
 *  缺点：
    
     *  需对传输的数据进行解析，转化成应用级的数据。

## 3.多线程、多进程应用场景 ##

1.  需要频繁创建销毁的优先用线程  
    开销小  
    这种原则最常见的应用就是**Web服务器**了，来一个连接建立一个线程，断了就销毁线程，要是用进程，创建和销毁的代价是很难承受的
2.  需要进行大量计算的优先使用线程  
    所谓大量计算，当然就是要耗费很多CPU，切换频繁了，这种情况下线程是最合适的。  
    这种原则最常见的是**图像处理、算法处理**。
3.  强相关的处理用线程，弱相关的处理用进程  
    “消息收发”和“消息处理”就是弱相关的任务，而“消息处理”里面可能又分为“消息解码”、“业务处理”，这两个任务相对来说相关性就要强多了。  
    因此“消息收发”和“消息处理”可以分进程设计，“消息解码”、“业务处理”可以分线程设计。
4.  可能要扩展到多机分布的用进程，多核分布的用线程

参考  
[https://juejin.cn/post/6844903801321685000][https_juejin.cn_post_6844903801321685000]  
[https://blog.csdn.net/wujiafei\_njgcxy/article/details/77098977][https_blog.csdn.net_wujiafei_njgcxy_article_details_77098977]

[本文链接https://blog.csdn.net/qq\_39903567/article/details/115530670][https_blog.csdn.net_qq_39903567_article_details_115530670]

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[https_www.jianshu.com_p_c1015f5ffa74]: https://www.jianshu.com/p/c1015f5ffa74
[https_juejin.cn_post_6844903801321685000]: https://juejin.cn/post/6844903801321685000
[https_blog.csdn.net_wujiafei_njgcxy_article_details_77098977]: https://blog.csdn.net/wujiafei_njgcxy/article/details/77098977
[https_blog.csdn.net_qq_39903567_article_details_115530670]: https://blog.csdn.net/qq_39903567/article/details/115530670