操作系统进程与线程

操作系统进程与线程

1.进程

进程是资源分配的基本单位。

进程控制块 (Process Control Block, PCB) 描述进程的基本信息和运行状态,所谓的创建进程和撤销进程,都是指对 PCB 的操作。

2.线程

线程是独立调度的基本单位。

一个进程中可以有多个线程,它们共享进程资源。

QQ 和浏览器是两个进程,浏览器进程里面有很多线程,例如 HTTP 请求线程、事件响应线程、渲染线程等等,线程的并发执行使得在浏览器中点击一个新链接从而发起 HTTP 请求时,浏览器还可以响应用户的其它事件。

3.区别

Ⅰ 拥有资源

进程是资源分配的基本单位,但是线程不拥有资源,线程可以访问隶属进程的资源。

Ⅱ 调度

线程是独立调度的基本单位,在同一进程中,线程的切换不会引起进程切换,从一个进程中的线程切换到另一个进程中的线程时,会引起进程切换。

Ⅲ 系统开销

由于创建或撤销进程时,系统都要为之分配或回收资源,如内存空间、I/O 设备等,所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销。类似地,在进行进程切换时,涉及当前执行进程 CPU 环境的保存及新调度进程 CPU 环境的设置,而线程切换时只需保存和设置少量寄存器内容,开销很小。

Ⅳ 通信方面

线程间可以通过直接读写同一进程中的数据进行通信,但是进程通信需要借助 IPC。

IPC

进程间通信(IPC,Inter-Process Communication),指至少两个进程或线程间传送数据或信号的一些技术或方法。进程是计算机系统分配资源的最小单位(严格说来是线程)。每个进程都有自己的一部分独立的系统资源,彼此是隔离的。为了能使不同的进程互相访问资源并进行协调工作,才有了进程间通信。举一个典型的例子,使用进程间通信的两个应用可以被分类为客户端和服务器,客户端进程请求数据,服务端回复客户端的数据请求。有一些应用本身既是服务器又是客户端,这在分布式计算中,时常可以见到。这些进程可以运行在同一计算机上或网络连接的不同计算机上。
进程间通信技术包括消息传递、同步、共享内存和远程过程调用。IPC是一种标准的Unix通信机制。
使用IPC 的理由:
信息共享:Web服务器,通过网页浏览器使用进程间通信来共享web文件(网页等)和多媒体;
加速:维基百科使用通过进程间通信进行交流的多服务器来满足用户的请求;
模块化;
私有权分离。
与直接共享内存地址空间的多线程编程相比,IPC的缺点:
采用了某种形式的内核开销,降低了性能;
几乎大部分IPC都不是程序设计的自然扩展,往往会大大地增加程序的复杂度。

4.进程通信

进程同步与进程通信很容易混淆,它们的区别在于:

  • 进程同步:控制多个进程按一定顺序执行;

  • 进程通信:进程间传输信息。

进程通信是一种手段,而进程同步是一种目的。也可以说,为了能够达到进程同步的目的,需要让进程进行通信,传输一些进程同步所需要的信息。

引用博客

4.1.管道

管道是指用于连接一个读进程和一个写进程以实现它们之间通信的一个共享文件(pipe文件)
管道机制需要提供一下几点的协调能力

  • 互斥,即当一个进程正在对pipe执行读/写操作时,其它进程必须等待
  • 同步,当一个进程将一定数量的数据写入,然后就去睡眠等待,直到读进程将数据取走,再去唤醒。读进程与之类似
  • 确定对方是否存在

4.2FIFO

也称为命名管道,去除了管道只能在父子进程中使用的限制。
FIFO 常用于客户-服务器应用程序中,FIFO 用作汇聚点,在客户进程和服务器进程之间传递数据。

4.3消息队列

消息队列,是消息的链接表,存放在内核中。一个消息队列由一个标识符(即队列ID)来标识。

特点:

  1. 消息队列是面向记录的,其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级。

  2. 消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时,消息队列及其内容并不会被删除。

  3. 消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取。

4.4信号量

它是一个计数器,用于为多个进程提供对共享数据对象的访问。

4.5共享存储

允许多个进程共享一个给定的存储区。因为数据不需要在进程之间复制,所以这是最快的一种 IPC。

需要使用信号量用来同步对共享存储的访问。

多个进程可以将同一个文件映射到它们的地址空间从而实现共享内存。另外 XSI 共享内存不是使用文件,而是使用使用内存的匿名段。

4.6套接字

与其它通信机制不同的是,它可用于不同机器间的进程通信。