python并發(fā)編程之進(jìn)程線程理論部分

一荣病、背景知識

顧名思義舟茶，進(jìn)程即正在執(zhí)行的一個(gè)過程。進(jìn)程是對正在運(yùn)行程序的一個(gè)抽象茬高。

進(jìn)程的概念起源于操作系統(tǒng)兆旬，是操作系統(tǒng)最核心的概念，也是操作系統(tǒng)提供的最古老也是最重要的抽象概念之一怎栽。操作系統(tǒng)的其他所有內(nèi)容都是圍繞進(jìn)程的概念展開的丽猬。

**所以想要真正了解進(jìn)程，必須事先了解操作系統(tǒng)熏瞄。 **

PS：即使可以利用的cpu只有一個(gè)（早期的計(jì)算機(jī)確實(shí)如此）脚祟，也能保證支持（偽）并發(fā)的能力。將一個(gè)單獨(dú)的cpu變成多個(gè)虛擬的cpu（多道技術(shù)：時(shí)間多路復(fù)用和空間多路復(fù)用+硬件上支持隔離）巴刻，沒有進(jìn)程的抽象愚铡，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)將不復(fù)存在。

必備的理論基礎(chǔ)：

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#一 操作系統(tǒng)的作用：
    1：隱藏丑陋復(fù)雜的硬件接口胡陪，提供良好的抽象接口
    2：管理沥寥、調(diào)度進(jìn)程，并且將多個(gè)進(jìn)程對硬件的競爭變得有序

#二 多道技術(shù)：
    1.產(chǎn)生背景：針對單核柠座，實(shí)現(xiàn)并發(fā)
    ps：現(xiàn)在的主機(jī)一般是多核邑雅，那么每個(gè)核都會(huì)利用多道技術(shù)，但是核與核之間沒有使用多道技術(shù)切換這么一說妈经；
    有4個(gè)cpu淮野，運(yùn)行于cpu1的某個(gè)程序遇到io阻塞捧书，會(huì)等到io結(jié)束再重新調(diào)度，會(huì)被調(diào)度到4個(gè)cpu中的任意一個(gè)骤星，具體由操作系統(tǒng)調(diào)度算法決定经瓷。
    
    2.時(shí)間上的復(fù)用（復(fù)用一個(gè)cpu的時(shí)間片）+空間上的復(fù)用（如內(nèi)存中同時(shí)有多道程序）
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本文將將著重介紹進(jìn)程以及它的親戚->線程

二、進(jìn)程

2.1-2.4 (重點(diǎn)部分)

2.5-2.9（了解部分）

2.1 什么是進(jìn)程

進(jìn)程：正在進(jìn)行的一個(gè)過程或者說一個(gè)任務(wù)洞难。而負(fù)責(zé)執(zhí)行任務(wù)則是cpu舆吮。

? 舉例（單核+多道，實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程的并發(fā)執(zhí)行）：

? egon在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)有很多任務(wù)要做：python備課的任務(wù)队贱，寫書的任務(wù)色冀，交女朋友的任務(wù)，王者榮耀上分的任務(wù)柱嫌，

? 但egon同一時(shí)刻只能做一個(gè)任務(wù)（cpu同一時(shí)間只能干一個(gè)活）锋恬，如何才能玩出多個(gè)任務(wù)并發(fā)執(zhí)行的效果？

? egon備一會(huì)課编丘，再去跟李杰的女朋友聊聊天与学，再去打一會(huì)王者榮耀....這就保證了每個(gè)任務(wù)都在進(jìn)行中。

2.2 進(jìn)程與程序的區(qū)別

程序僅僅只是一堆代碼而已嘉抓，而進(jìn)程指的是程序的運(yùn)行過程癣防。

舉例：

想象一位有一手好廚藝的計(jì)算機(jī)科學(xué)家egon正在為他的女兒元昊烘制生日蛋糕。

他有做生日蛋糕的食譜掌眠，

廚房里有所需的原料:面粉、雞蛋幕屹、韭菜蓝丙，蒜泥等。

在這個(gè)比喻中：

? 做蛋糕的食譜就是程序(即用適當(dāng)形式描述的算法)

? 計(jì)算機(jī)科學(xué)家就是處理器(cpu)

? 而做蛋糕的各種原料就是輸入數(shù)據(jù)望拖。

進(jìn)程就是廚師閱讀食譜渺尘、取來各種原料以及烘制蛋糕等一系列動(dòng)作的總和。

現(xiàn)在假設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)家egon的兒子alex哭著跑了進(jìn)來说敏，說：XXXXXXXXXXXXXX鸥跟。

科學(xué)家egon想了想，處理兒子alex蟄傷的任務(wù)比給女兒元昊做蛋糕的任務(wù)更重要盔沫，于是

計(jì)算機(jī)科學(xué)家就記錄下他照著食譜做到哪兒了(保存進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài))医咨，然后拿出一本急救手冊，按照其中的指示處理蟄傷架诞。這里拟淮，我們看到處理機(jī)從一個(gè)進(jìn)程(做蛋糕)切換到另一個(gè)高優(yōu)先級的進(jìn)程(實(shí)施醫(yī)療救治)，每個(gè)進(jìn)程擁有各自的程序(食譜和急救手冊)谴忧。當(dāng)蜜蜂蟄傷處理完之后很泊，這位計(jì)算機(jī)科學(xué)家又回來做蛋糕角虫，從他
離開時(shí)的那一步繼續(xù)做下去。

需要強(qiáng)調(diào)的是：同一個(gè)程序執(zhí)行兩次委造，那也是兩個(gè)進(jìn)程戳鹅，比如打開暴風(fēng)影音，雖然都是同一個(gè)軟件昏兆，但是一個(gè)可以播放蒼井空枫虏，一個(gè)可以播放飯島愛。

2.3 并發(fā)與并行

無論是并行還是并發(fā)亮垫，在用戶看來都是'同時(shí)'運(yùn)行的模软，不管是進(jìn)程還是線程，都只是一個(gè)任務(wù)而已饮潦，真是干活的是cpu燃异，cpu來做這些任務(wù)，而一個(gè)cpu同一時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)

? 一并發(fā)：是偽并行继蜡，即看起來是同時(shí)運(yùn)行回俐。單個(gè)cpu+多道技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)，（并行也屬于并發(fā)）

//單cpu稀并，多進(jìn)程仅颇，并發(fā)的概念（例一）
你是一個(gè)cpu，你同時(shí)談了三個(gè)女朋友碘举，每一個(gè)都可以是一個(gè)戀愛任務(wù)忘瓦，你被這三個(gè)任務(wù)共享
要玩出并發(fā)戀愛的效果，
應(yīng)該是你先跟女友1去看電影引颈，看了一會(huì)說：不好耕皮，我要拉肚子，
然后跑去跟第二個(gè)女友吃飯蝙场，吃了一會(huì)說：那啥凌停，我去趟洗手間，
然后跑去跟女友3開了個(gè)房

//單cpu售滤，多進(jìn)程罚拟，并發(fā)的概念（例二）
某天下午，egon完箩，yuanhao赐俗，wupeiqi，alex約好了一起去嫖娼弊知，但娼只有一個(gè)秃励，cpu只有一個(gè)，但是卻要‘同時(shí)’干
四個(gè)任務(wù)(嫖出并發(fā)的效果)吉捶，那就必須是干一會(huì)egon夺鲜，再干一會(huì)yuanhao皆尔，再干一會(huì)wupeiqi，再干一會(huì)alex
egon：花了200塊錢币励，因?yàn)槿嗣阑詈?yuanhao：500塊錢
wupeiqi：100塊錢慷蠕，可能是不太行
alex：沒要錢，為啥食呻？流炕？？因?yàn)榇蠹覄倓傛蔚氖撬笥?

二并行：同時(shí)運(yùn)行仅胞，只有具備多個(gè)cpu才能實(shí)現(xiàn)并行

? 單核下每辟，可以利用多道技術(shù)，多個(gè)核干旧，每個(gè)核也都可以利用多道技術(shù)（多道技術(shù)是針對單核而言的）

? 有四個(gè)核渠欺，六個(gè)任務(wù)，這樣同一時(shí)間有四個(gè)任務(wù)被執(zhí)行椎眯，假設(shè)分別被分配給了（cpu1挠将，cpu2，cpu3编整，cpu4）

? 一旦任務(wù)1遇到I/O就被迫中斷執(zhí)行舔稀，此時(shí)任務(wù)5就拿到cpu1的時(shí)間片去執(zhí)行，這就是單核下的多道技術(shù)

? 而一旦任務(wù)1的I/O結(jié)束了掌测，操作系統(tǒng)會(huì)重新調(diào)用它(需知進(jìn)程的調(diào)度内贮、分配給哪個(gè)cpu運(yùn)行，由操作系統(tǒng)說了算)汞斧，可能被分配給四個(gè)cpu中的任意一個(gè)去執(zhí)行贺归。

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所有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)經(jīng)常會(huì)在同一時(shí)間做很多件事，一個(gè)用戶的PC（無論是單cpu還是多cpu）断箫，都可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)（一個(gè)任務(wù)可以理解為一個(gè)進(jìn)程）。

啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程來殺毒（360軟件）

啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程來看電影（暴風(fēng)影音）

啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程來聊天（騰訊QQ）

所有的這些進(jìn)程都需被管理秋冰，于是一個(gè)支持多進(jìn)程的多道程序系統(tǒng)是至關(guān)重要的仲义。

? 多道技術(shù)：內(nèi)存中同時(shí)存入多道（多個(gè)）程序，cpu從一個(gè)進(jìn)程快速切換到另外一個(gè)剑勾，使每個(gè)進(jìn)程各自運(yùn)行幾十或幾百毫秒埃撵，這樣，雖然在某一個(gè)瞬間虽另，一個(gè)cpu只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)暂刘，但在1秒內(nèi)，cpu卻可以運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程捂刺，這就給人產(chǎn)生了并行的錯(cuò)覺谣拣，即并發(fā)募寨，以此來區(qū)分多處理器操作系統(tǒng)的真正硬件并行（多個(gè)cpu共享同一個(gè)物理內(nèi)存）。

2.4 同步與異步

同步執(zhí)行：一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行某個(gè)任務(wù)時(shí)森缠，另外一個(gè)進(jìn)程必須等待其執(zhí)行完畢拔鹰，才能繼續(xù)執(zhí)行
異步執(zhí)行：一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行某個(gè)任務(wù)時(shí)，另外一個(gè)進(jìn)程無需等待其執(zhí)行完畢贵涵，就可以繼續(xù)執(zhí)行列肢，當(dāng)有消息返回時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通知后者進(jìn)行處理宾茂，這樣可以提高執(zhí)行效率

? 舉個(gè)例子瓷马，打電話時(shí)就是同步通信，發(fā)短息時(shí)就是異步通信跨晴。

2.5 進(jìn)程的創(chuàng)建

但凡是硬件欧聘，都需要有操作系統(tǒng)去管理坟奥，只要有操作系統(tǒng)，就有進(jìn)程的概念晒喷，就需要有創(chuàng)建進(jìn)程的方式，一些操作系統(tǒng)只為一個(gè)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)访敌，比如微波爐中的控制器凉敲，一旦啟動(dòng)微波爐寺旺，所有的進(jìn)程都已經(jīng)存在。

而對于通用系統(tǒng)（跑很多應(yīng)用程序）阻塑，需要有系統(tǒng)運(yùn)行過程中創(chuàng)建或撤銷進(jìn)程的能力蓝撇，主要分為4中形式創(chuàng)建新的進(jìn)程

系統(tǒng)初始化（查看進(jìn)程linux中用ps命令陈莽，windows中用任務(wù)管理器，前臺(tái)進(jìn)程負(fù)責(zé)與用戶交互走搁，后臺(tái)運(yùn)行的進(jìn)程與用戶無關(guān)私植，運(yùn)行在后臺(tái)并且只在需要時(shí)才喚醒的進(jìn)程，稱為守護(hù)進(jìn)程曲稼，如電子郵件湖员、web頁面破衔、新聞钱烟、打印）
一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行過程中開啟了子進(jìn)程（如nginx開啟多進(jìn)程读第，os.fork,subprocess.Popen等）
用戶的交互式請求拥刻，而創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程（如用戶雙擊暴風(fēng)影音）
一個(gè)批處理作業(yè)的初始化（只在大型機(jī)的批處理系統(tǒng)中應(yīng)用）

? 無論哪一種，新進(jìn)程的創(chuàng)建都是由一個(gè)已經(jīng)存在的進(jìn)程執(zhí)行了一個(gè)用于創(chuàng)建進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用而創(chuàng)建的：

  　　1. 在UNIX中該系統(tǒng)調(diào)用是：fork吴汪，fork會(huì)創(chuàng)建一個(gè)與父進(jìn)程一模一樣的副本蒸眠，二者有相同的存儲(chǔ)映像漾橙、同樣的環(huán)境字符串和同樣的打開文件（在shell解釋器進(jìn)程中，執(zhí)行一個(gè)命令就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程）

  　　2. 在windows中該系統(tǒng)調(diào)用是：CreateProcess楞卡，CreateProcess既處理進(jìn)程的創(chuàng)建霜运，也負(fù)責(zé)把正確的程序裝入新進(jìn)程蒋腮。

關(guān)于創(chuàng)建的子進(jìn)程池摧，UNIX和windows

1.相同的是：進(jìn)程創(chuàng)建后，父進(jìn)程和子進(jìn)程有各自不同的地址空間（多道技術(shù)要求物理層面實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間內(nèi)存的隔離）膘魄，任何一個(gè)進(jìn)程的在其地址空間中的修改都不會(huì)影響到另外一個(gè)進(jìn)程宦棺。

2.不同的是：在UNIX中代咸，子進(jìn)程的初始地址空間是父進(jìn)程的一個(gè)副本成黄，提示：子進(jìn)程和父進(jìn)程是可以有只讀的共享內(nèi)存區(qū)的逻杖。但是對于windows系統(tǒng)來說荸百，從一開始父進(jìn)程與子進(jìn)程的地址空間就是不同的滨攻。

2.6 進(jìn)程的終止

正常退出（自愿光绕，如用戶點(diǎn)擊交互式頁面的叉號，或程序執(zhí)行完畢調(diào)用發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用正常退出欣尼，在linux中用exit停蕉，在windows中用ExitProcess）
出錯(cuò)退出（自愿，python a.py中a.py不存在）
嚴(yán)重錯(cuò)誤（非自愿菇晃，執(zhí)行非法指令完慧，如引用不存在的內(nèi)存屈尼，1/0等，可以捕捉異常甲捏，try...except...）
被其他進(jìn)程殺死（非自愿鞭执，如kill -9）

2.7 進(jìn)程的層次結(jié)構(gòu)

無論UNIX還是windows兄纺，進(jìn)程只有一個(gè)父進(jìn)程，不同的是：

  　　1. 在UNIX中所有的進(jìn)程钦奋，都是以init進(jìn)程為根，組成樹形結(jié)構(gòu)朦拖。父子進(jìn)程共同組成一個(gè)進(jìn)程組璧帝，這樣富寿，當(dāng)從鍵盤發(fā)出一個(gè)信號時(shí)，該信號被送給當(dāng)前與鍵盤相關(guān)的進(jìn)程組中的所有成員理疙。

  　　2. 在windows中窖贤，沒有進(jìn)程層次的概念贰锁，所有的進(jìn)程都是地位相同的，唯一類似于進(jìn)程層次的暗示授嘀，是在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)蹄皱，父進(jìn)程得到一個(gè)特別的令牌（**稱為句柄**）,該句柄可以用來控制子進(jìn)程芯肤，但是父進(jìn)程有權(quán)把該句柄傳給其他子進(jìn)程，這樣就沒有層次了锻拘。

2.8 進(jìn)程的狀態(tài)

tail -f access.log |grep '404'

執(zhí)行程序tail署拟，開啟一個(gè)子進(jìn)程歌豺，執(zhí)行程序grep类咧，開啟另外一個(gè)子進(jìn)程谴咸，兩個(gè)進(jìn)程之間基于管道'|'通訊骗露，將tail的結(jié)果作為grep的輸入萧锉。

進(jìn)程grep在等待輸入（即I/O）時(shí)的狀態(tài)稱為阻塞述寡，此時(shí)grep命令都無法運(yùn)行

其實(shí)在兩種情況下會(huì)導(dǎo)致一個(gè)進(jìn)程在邏輯上不能運(yùn)行鲫凶，

  　　1. 進(jìn)程掛起是自身原因，遇到I/O阻塞波附，便要讓出CPU讓其他進(jìn)程去執(zhí)行昼钻，這樣保證CPU一直在工作

  　　2. 與進(jìn)程無關(guān)然评，是操作系統(tǒng)層面，可能會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)進(jìn)程占用時(shí)間過多盏求，或者優(yōu)先級等原因碎罚，而調(diào)用其他的進(jìn)程去使用CPU缕探。

因而一個(gè)進(jìn)程由三種狀態(tài)

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2.9 進(jìn)程并發(fā)的實(shí)現(xiàn)

進(jìn)程并發(fā)的實(shí)現(xiàn)在于爹耗，硬件中斷一個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程，把此時(shí)進(jìn)程運(yùn)行的所有狀態(tài)保存下來倦始，為此鞋邑，操作系統(tǒng)維護(hù)一張表格，即進(jìn)程表（process table）逾一，每個(gè)進(jìn)程占用一個(gè)進(jìn)程表項(xiàng)（這些表項(xiàng)也稱為進(jìn)程控制塊）

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該表存放了進(jìn)程狀態(tài)的重要信息：程序計(jì)數(shù)器遵堵、堆棧指針怨规、內(nèi)存分配狀況波丰、所有打開文件的狀態(tài)、帳號和調(diào)度信息爽蝴，以及其他在進(jìn)程由運(yùn)行態(tài)轉(zhuǎn)為就緒態(tài)或阻塞態(tài)時(shí)纫骑，必須保存的信息惧磺，從而保證該進(jìn)程在再次啟動(dòng)時(shí)，就像從未被中斷過一樣缤底。

三番捂、線程

3.1-3.4（重點(diǎn)部分）

3.5-3.10（了解部分）

3.1 什么是線程

在傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中设预，每個(gè)進(jìn)程有一個(gè)地址空間鳖枕，而且默認(rèn)就有一個(gè)控制線程。

線程顧名思義酿秸，就是一條流水線工作的過程魏烫，一條流水線必須屬于一個(gè)車間，一個(gè)車間的工作過程是一個(gè)進(jìn)程煌张。

? 車間負(fù)責(zé)把資源整合到一起退客，是一個(gè)資源單位井辜，而一個(gè)車間內(nèi)至少有一個(gè)流水線

? 流水線的工作需要電源管闷，電源就相當(dāng)于cpu

所以包个，進(jìn)程只是用來把資源集中到一起（進(jìn)程只是一個(gè)資源單位，或者說資源集合）树灶，而線程才是cpu上的執(zhí)行單位糯而。

多線程（即多個(gè)控制線程）的概念是熄驼，在一個(gè)進(jìn)程中存在多個(gè)控制線程瓜贾，多個(gè)控制線程共享該進(jìn)程的地址空間，相當(dāng)于一個(gè)車間內(nèi)有多條流水線筷笨，都共用一個(gè)車間的資源龟劲。

? 例如昌跌，北京地鐵與上海地鐵是不同的進(jìn)程，而北京地鐵里的13號線是一個(gè)線程悼瘾，北京地鐵所有的線路共享北京地鐵所有的資源亥宿，比如所有的乘客可以被所有線路拉。

創(chuàng)建進(jìn)程的開銷要遠(yuǎn)大于線程曙求？

如果我們的軟件是一個(gè)工廠映企，該工廠有多條流水線堰氓，流水線工作需要電源，電源只有一個(gè)即cpu（單核cpu）

一個(gè)車間就是一個(gè)進(jìn)程浴麻，一個(gè)車間至少一條流水線（一個(gè)進(jìn)程至少一個(gè)線程）

創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程软免，就是創(chuàng)建一個(gè)車間（申請空間焚挠，在該空間內(nèi)建至少一條流水線）

而建線程蝌衔，就只是在一個(gè)車間內(nèi)造一條流水線，無需申請空間挟鸠，所以創(chuàng)建開銷小

進(jìn)程之間是競爭關(guān)系艘希，線程之間是協(xié)作關(guān)系硅急？

車間直接是競爭/搶電源的關(guān)系，競爭（不同的進(jìn)程直接是競爭關(guān)系撒顿，是不同的程序員寫的程序運(yùn)行的荚板，迅雷搶占其他進(jìn)程的網(wǎng)速，360把其他進(jìn)程當(dāng)做病毒干死）
一個(gè)車間的不同流水線式協(xié)同工作的關(guān)系（同一個(gè)進(jìn)程的線程之間是合作關(guān)系煤搜，是同一個(gè)程序?qū)懙某绦騼?nèi)開啟動(dòng)唧席，迅雷內(nèi)的線程是合作關(guān)系淌哟，不會(huì)自己干自己）

3.2 為何要用多線程

多線程指的是徒仓，在一個(gè)進(jìn)程中開啟多個(gè)線程，簡單的講：如果多個(gè)任務(wù)共用一塊地址空間，那么必須在一個(gè)進(jìn)程內(nèi)開啟多個(gè)線程狰晚。詳細(xì)的講分為4點(diǎn)：

多線程共享一個(gè)進(jìn)程的地址空間
線程比進(jìn)程更輕量級壁晒，線程比進(jìn)程更容易創(chuàng)建可撤銷业栅，在許多操作系統(tǒng)中碘裕，創(chuàng)建一個(gè)線程比創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程要快10-100倍，在有大量線程需要?jiǎng)討B(tài)和快速修改時(shí)雷滋，這一特性很有用
若多個(gè)線程都是cpu密集型的晤斩，那么并不能獲得性能上的增強(qiáng)姆坚，但是如果存在大量的計(jì)算和大量的I/O處理兼呵，擁有多個(gè)線程允許這些活動(dòng)彼此重疊運(yùn)行腊敲，從而會(huì)加快程序執(zhí)行的速度兔仰。
在多cpu系統(tǒng)中乎赴，為了最大限度的利用多核潮尝，可以開啟多個(gè)線程（比開進(jìn)程開銷要小的多）

3.3 多線程的應(yīng)用舉例

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開啟一個(gè)字處理軟件進(jìn)程勉失，該進(jìn)程肯定需要辦不止一件事情乱凿，比如監(jiān)聽鍵盤輸入徒蟆，處理文字，定時(shí)自動(dòng)將文字保存到硬盤全蝶，這三個(gè)任務(wù)操作的都是同一塊數(shù)據(jù)抑淫，因而不能用多進(jìn)程姥闪。只能在一個(gè)進(jìn)程里并發(fā)地開啟三個(gè)線程,如果是單線程筐喳，那就只能是疏唾，鍵盤輸入時(shí)，不能處理文字和自動(dòng)保存喉童，自動(dòng)保存時(shí)又不能輸入和處理文字堂氯。

3.4 線程與進(jìn)程的區(qū)別

Threads share the address space of the process that created it; processes have their own address space.
Threads have direct access to the data segment of its process; processes have their own copy of the data segment of the parent process.
Threads can directly communicate with other threads of its process; processes must use interprocess communication to communicate with sibling processes.
New threads are easily created; new processes require duplication of the parent process.
Threads can exercise considerable control over threads of the same process; processes can only exercise control over child processes.
Changes to the main thread (cancellation, priority change, etc.) may affect the behavior of the other threads of the process; changes to the parent process does not affect child processes.

3.5 經(jīng)典的線程模型

多個(gè)線程共享同一個(gè)進(jìn)程的地址空間中的資源咽白，是對一臺(tái)計(jì)算機(jī)上多個(gè)進(jìn)程的模擬晶框，有時(shí)也稱線程為輕量級的進(jìn)程

而對一臺(tái)計(jì)算機(jī)上多個(gè)進(jìn)程，則共享物理內(nèi)存蹲蒲、磁盤届搁、打印機(jī)等其他物理資源窍育。

多線程的運(yùn)行也多進(jìn)程的運(yùn)行類似漱抓，是cpu在多個(gè)線程之間的快速切換。

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不同的進(jìn)程之間是充滿敵意的檐迟，彼此是搶占、競爭cpu的關(guān)系溶其，如果迅雷會(huì)和QQ搶資源瓶逃。而同一個(gè)進(jìn)程是由一個(gè)程序員的程序創(chuàng)建廓块，所以同一進(jìn)程內(nèi)的線程是合作關(guān)系带猴，一個(gè)線程可以訪問另外一個(gè)線程的內(nèi)存地址拴清，大家都是共享的会通，一個(gè)線程干死了另外一個(gè)線程的內(nèi)存，那純屬程序員腦子有問題娄周。

類似于進(jìn)程涕侈，每個(gè)線程也有自己的堆棧。

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不同于進(jìn)程煤辨，線程庫無法利用時(shí)鐘中斷強(qiáng)制線程讓出CPU裳涛，可以調(diào)用thread_yield運(yùn)行線程自動(dòng)放棄cpu，讓另外一個(gè)線程運(yùn)行掷酗。

線程通常是有益的，但是帶來了不小程序設(shè)計(jì)難度泻轰，線程的問題是：

  　　1. 父進(jìn)程有多個(gè)線程技肩，那么開啟的子線程是否需要同樣多的線程

如果是，那么附近中某個(gè)線程被阻塞浮声，那么copy到子進(jìn)程后虚婿，copy版的線程也要被阻塞嗎，想一想nginx的多線程模式接收用戶連接泳挥。

  　　2. 在同一個(gè)進(jìn)程中然痊，如果一個(gè)線程關(guān)閉了問題，而另外一個(gè)線程正準(zhǔn)備往該文件內(nèi)寫內(nèi)容呢屉符？

? 如果一個(gè)線程注意到?jīng)]有內(nèi)存了剧浸，并開始分配更多的內(nèi)存，在工作一半時(shí)矗钟，發(fā)生線程切換唆香，新的線程也發(fā)現(xiàn)內(nèi)存不夠用了，又開始分配更多的內(nèi)存吨艇，這樣內(nèi)存就被分配了多次躬它，這些問題都是多線程編程的典型問題，需要仔細(xì)思考和設(shè)計(jì)。

3.6 POSIX線程

? 為了實(shí)現(xiàn)可移植的線程程序,IEEE在IEEE標(biāo)準(zhǔn)1003.1c中定義了線程標(biāo)準(zhǔn)，它定義的線程包叫Pthread儡率。大部分UNIX系統(tǒng)都支持該標(biāo)準(zhǔn)，簡單介紹如下

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3.7 在用戶空間實(shí)現(xiàn)的線程

? 線程的實(shí)現(xiàn)可以分為兩類：用戶級線程(User-Level Thread)和內(nèi)核線線程(Kernel-Level Thread)组贺，后者又稱為內(nèi)核支持的線程或輕量級進(jìn)程。在多線程操作系統(tǒng)中祖娘，各個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式并不相同失尖，在有的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了用戶級線程，有的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了內(nèi)核級線程。

? 用戶級線程內(nèi)核的切換由用戶態(tài)程序自己控制內(nèi)核切換,不需要內(nèi)核干涉雹仿，少了進(jìn)出內(nèi)核態(tài)的消耗增热，但不能很好的利用多核Cpu,目前Linux pthread大體是這么做的。

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在用戶空間模擬操作系統(tǒng)對進(jìn)程的調(diào)度胧辽，來調(diào)用一個(gè)進(jìn)程中的線程峻仇，每個(gè)進(jìn)程中都會(huì)有一個(gè)運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)，用來調(diào)度線程邑商。此時(shí)當(dāng)該進(jìn)程獲取cpu時(shí)摄咆，進(jìn)程內(nèi)再調(diào)度出一個(gè)線程去執(zhí)行，同一時(shí)刻只有一個(gè)線程執(zhí)行人断。

3.8 在內(nèi)核空間實(shí)現(xiàn)的線程

? 內(nèi)核級線程:切換由內(nèi)核控制吭从，當(dāng)線程進(jìn)行切換的時(shí)候，由用戶態(tài)轉(zhuǎn)化為內(nèi)核態(tài)恶迈。切換完畢要從內(nèi)核態(tài)返回用戶態(tài)涩金；可以很好的利用smp，即利用多核cpu暇仲。windows線程就是這樣的步做。

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3.9 用戶級與內(nèi)核級線程的對比

一：以下是用戶級線程和內(nèi)核級線程的區(qū)別：

內(nèi)核支持線程是OS內(nèi)核可感知的，而用戶級線程是OS內(nèi)核不可感知的奈附。
用戶級線程的創(chuàng)建全度、撤消和調(diào)度不需要OS內(nèi)核的支持，是在語言（如Java）這一級處理的斥滤；而內(nèi)核支持線程的創(chuàng)建将鸵、撤消和調(diào)度都需OS內(nèi)核提供支持，而且與進(jìn)程的創(chuàng)建佑颇、撤消和調(diào)度大體是相同的顶掉。
用戶級線程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用指令時(shí)將導(dǎo)致其所屬進(jìn)程被中斷，而內(nèi)核支持線程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用指令時(shí)漩符，只導(dǎo)致該線程被中斷一喘。
在只有用戶級線程的系統(tǒng)內(nèi)驱还，CPU調(diào)度還是以進(jìn)程為單位嗜暴，處于運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程中的多個(gè)線程，由用戶程序控制線程的輪換運(yùn)行议蟆；在有內(nèi)核支持線程的系統(tǒng)內(nèi)闷沥，CPU調(diào)度則以線程為單位，由OS的線程調(diào)度程序負(fù)責(zé)線程的調(diào)度咐容。
用戶級線程的程序?qū)嶓w是運(yùn)行在用戶態(tài)下的程序舆逃，而內(nèi)核支持線程的程序?qū)嶓w則是可以運(yùn)行在任何狀態(tài)下的程序。

二：內(nèi)核線程的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

? 當(dāng)有多個(gè)處理機(jī)時(shí)，一個(gè)進(jìn)程的多個(gè)線程可以同時(shí)執(zhí)行路狮。

缺點(diǎn)：

? 由內(nèi)核進(jìn)行調(diào)度虫啥。

三：用戶進(jìn)程的優(yōu)缺點(diǎn)