Linux進(jìn)程與線程的基本概念及區(qū)別

前言

假設(shè)你正在玩一款在線多人游戲功茴,在游戲中庐冯,有多個角色需要進(jìn)行不同的操作,例如攻擊坎穿、移動展父、釋放技能等等。

接下來玲昧,我們用玩游戲的例子栖茉,來解釋進(jìn)程和和線程的概念,以及進(jìn)程和線程的區(qū)別孵延。

進(jìn)程的基本概念

我們可以將整個游戲看作一個進(jìn)程吕漂,它是操作系統(tǒng)中資源分配的基本單位,擁有自己的地址空間尘应、內(nèi)存惶凝、CPU 時間片等資源。

在游戲中犬钢,進(jìn)程相當(dāng)于整個游戲程序的運行實例苍鲜,負(fù)責(zé)接收和處理來自玩家的各種請求,并將結(jié)果返回給客戶端玷犹。

例如混滔,當(dāng)你點擊攻擊按鈕時,進(jìn)程會根據(jù)你的請求進(jìn)行計算歹颓,然后將傷害值發(fā)送回客戶端坯屿,讓你的角色進(jìn)行攻擊動作。

  • 進(jìn)程是正在運行中的程序的實例晴股,每個進(jìn)程都有自己的地址空間愿伴、系統(tǒng)資源和狀態(tài)。

  • 進(jìn)程是由操作系統(tǒng)啟動的电湘,它可以包含一個或多個線程隔节。進(jìn)程的創(chuàng)建是通過系統(tǒng)調(diào)用 fork() 函數(shù)實現(xiàn)的。

  • 每個進(jìn)程都具有唯一的 PID寂呛,用來唯一標(biāo)識該進(jìn)程怎诫。

  • PID 是在進(jìn)程創(chuàng)建時由操作系統(tǒng)分配的,并且在該進(jìn)程的生命周期中都是唯一的贷痪。

  • 進(jìn)程可通過信號和管道等方式進(jìn)行通信和同步幻妓。

進(jìn)程創(chuàng)建偽代碼示例:

pid_t pid = fork();
if (pid < 0) {
    // fork 失敗
}
else if (pid == 0) {
    // 子進(jìn)程邏輯
}
else {
    // 父進(jìn)程邏輯
}

線程的基本概念

在游戲中,線程可以看作是進(jìn)程的子任務(wù)劫拢,它是操作系統(tǒng)中調(diào)度的基本單位肉津,但是它與父進(jìn)程共享地址空間和部分資源强胰,可以并行執(zhí)行。

在游戲中妹沙,每個角色都可以看作是一個線程偶洋,它們可以同時進(jìn)行不同的操作,例如有的角色在攻擊距糖,有的角色在移動玄窝。

如果游戲中只有一個線程,那么所有角色的操作都必須依次執(zhí)行悍引,這會導(dǎo)致游戲的卡頓和延遲恩脂。

  • 線程是進(jìn)程的執(zhí)行單位,是在進(jìn)程內(nèi)部創(chuàng)建和執(zhí)行的趣斤,可以認(rèn)為是進(jìn)程內(nèi)部的子進(jìn)程俩块。

  • 線程與進(jìn)程的不同之處在于它們共享進(jìn)程的地址空間,包括全局變量唬渗、堆棧和代碼段等資源典阵。

  • Linux 中的線程是通過系統(tǒng)調(diào)用 pthread_create() 函數(shù)創(chuàng)建的,每個線程都有自己獨立的線程 ID 和執(zhí)行函數(shù)镊逝。

  • 線程的創(chuàng)建和銷毀是在進(jìn)程內(nèi)部完成的壮啊,因此線程的開銷要低于進(jìn)程。

  • 線程的調(diào)度由操作系統(tǒng)來完成撑蒜,調(diào)度優(yōu)先級歹啼、時間片和同步機制是線程的重要屬性。

  • 線程的同步機制可以通過信號量座菠、互斥量和條件變量等實現(xiàn)狸眼。

線程偽代碼示例:

pthread_t tid;
int ret = pthread_create(&tid, NULL, start_routine, arg);
if (ret != 0) {
    // 線程創(chuàng)建失敗
}
else {
    // 線程創(chuàng)建成功
}

進(jìn)程與線程的差異

在游戲中,進(jìn)程和線程的作用是相互協(xié)調(diào)浴滴,共同完成游戲的各項任務(wù)拓萌。

進(jìn)程負(fù)責(zé)整個游戲的管理和調(diào)度,而線程則負(fù)責(zé)處理每個角色的操作升略。

當(dāng)多個角色需要同時執(zhí)行不同的操作時微王,線程的并行執(zhí)行可以提高游戲的運行效率和響應(yīng)速度。

  • 地址空間:進(jìn)程具有獨立的地址空間品嚣,線程共享進(jìn)程的地址空間炕倘;

  • 資源分配:進(jìn)程是操作系統(tǒng)中的資源分配的最小單位,而線程則共享同一個進(jìn)程的資源翰撑;

  • 系統(tǒng)開銷:線程創(chuàng)建罩旋、撤銷和切換比進(jìn)程要快,具有較小的開銷;

  • 執(zhí)行效率:線程之間共享進(jìn)程的資源,多個線程可以并發(fā)執(zhí)行涨醋,程序的效率和響應(yīng)速度較高

  • 通信方式:進(jìn)程間的通信和數(shù)據(jù)交換需要使用特殊的機制(例如管道瓜饥、共享內(nèi)存等),而線程之間的通信和數(shù)據(jù)交換則可以直接通過共享的變量和內(nèi)存來實現(xiàn)浴骂;

  • 調(diào)度方式:進(jìn)程的調(diào)度是由操作系統(tǒng)決定的压固,而線程的調(diào)度則由進(jìn)程自己控制;

  • 安全性能:進(jìn)程之間互不影響靠闭,安全性較高,而線程之間共享內(nèi)存空間坎炼,需要對共享資源進(jìn)行訪問控制愧膀,否則會出現(xiàn)競爭和內(nèi)存泄漏等問題

進(jìn)程和線程的使用場景

一般來說,當(dāng)需要進(jìn)行任務(wù)的資源分配和系統(tǒng)調(diào)度時谣光,應(yīng)該選擇使用進(jìn)程檩淋。

如果任務(wù)可以并行執(zhí)行,又需要高效的資源共享和通信萄金,這時候可以使用線程蟀悦。

選擇進(jìn)程還是線程的特殊情況:

  1. 系統(tǒng)中存在多個核心和CPU,可以使用多進(jìn)程或多線程來進(jìn)行并發(fā)執(zhí)行氧敢。

  2. 程序需要使用大量的計算資源日戈,這種情況下多線程執(zhí)行效率更高。

  3. 程序需要同時處理多個任務(wù)孙乖,這時候可以使用進(jìn)程來完成任務(wù)的資源分配和系統(tǒng)調(diào)度浙炼,同時使用線程來執(zhí)行任務(wù)的具體操作。

  4. 對于需要高可靠性的程序(如金融系統(tǒng)等)唯袄,可以使用多進(jìn)程來進(jìn)行處理弯屈,從而保證一個進(jìn)程崩潰不會影響到整個系統(tǒng)的運行。

小結(jié)

進(jìn)程和線程是 Linux 系統(tǒng)中的基本概念恋拷,每個進(jìn)程都擁有獨立的地址空間资厉、系統(tǒng)資源和狀態(tài),而每個線程共享進(jìn)程的地址空間和資源蔬顾。在 Linux 中宴偿,進(jìn)程和線程是實現(xiàn)多任務(wù)和多線程編程的基礎(chǔ)。通過本文的介紹阎抒,您已經(jīng)了解了 Linux 中進(jìn)程和線程的基本概念及它們之間的區(qū)別酪我。

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