C++ 进程、线程

大神链接
https://www.cnblogs.com/eilearn/p/9414569.html
https://blog.csdn.net/zhouchunyue/article/details/79271869

进程

狭义定义:进程就是一段程序的执行过程。

广义定义:进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。它是操作系统动态执行的基本单元,在传统的操作系统中,进程既是基本的分配单元,也是基本的执行单元。

简单的来讲进程的概念主要有两点:

  • 第一,进程是一个实体。每一个进程都有它自己的地址空间,一般情况下,包括文本区域(text region)、数据区域(data region)和堆栈(stack region)。文本区域存储处理器执行的代码;数据区域存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存;堆栈区域存储着活动过程调用的指令和本地变量。
  • 第二,进程是一个“执行中的程序”。程序是一个没有生命的实体,只有处理器赋予程序生命时,它才能成为一个活动的实体,我们称其为进程。

进程状态:就绪、运行和阻塞。就绪状态其实就是获取了出cpu外的所有资源,只要处理器分配资源就可以马上执行。就绪状态有排队序列什么的,排队原则不再赘述。运行态就是获得了处理器分配的资源,程序开始执行。阻塞态,当程序条件不够时候,需要等待条件满足时候才能执行,如等待i/o操作时候,此刻的状态就叫阻塞态。

程序

说起进程,就不得不说下程序。
先看定义:程序是指令和数据的有序集合,其本身没有任何运行的含义,是一个静态的概念。而进程则是在处理机上的一次执行过程,它是一个动态的概念。这个不难理解,其实进程是包含程序的,进程的执行离不开程序,进程中的文本区域就是代码区,也就是程序。

线程

通常在一个进程中可以包含若干个线程,当然一个进程中至少有一个线程,不然没有存在的意义。
线程可以利用进程所拥有的资源,在引入线程的操作系统中,通常都是把进程作为分配资源的基本单位,而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位,由于线程比进程更小,基本上不拥有系统资源,故对它的调度所付出的开销就会小得多,能更高效的提高系统多个程序间并发执行的程度。

多线程

在一个程序中,这些独立运行的程序片段叫作“线程”(Thread),利用它编程的概念就叫作“多线程处理”。多线程是为了同步完成多项任务,不是为了提高运行效率,而是为了提高资源使用效率来提高系统的效率。线程是在同一时间需要完成多项任务的时候实现的。

最简单的比喻多线程就像火车的每一节车厢,而进程则是火车。车厢离开火车是无法跑动的,同理火车也不可能只有一节车厢。多线程的出现就是为了提高效率。

进程与线程的区别

进程和线程的主要差别在于它们是不同的操作系统资源管理方式。
进程有独立的地址空间,一个进程崩溃后,在保护模式下不会对其它进程产生影响,而线程只是一个进程中的不同执行路径。
线程有自己的堆栈和局部变量,但线程之间没有单独的地址空间,一个线程死掉就等于整个进程死掉,所以多进程的程序要比多线程的程序健壮,但在进程切换时,耗费资源较大,效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作,只能用线程,不能用进程。

  1. 简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.
  2. 线程的划分尺度小于进程,使得多线程程序的并发性高。
  3. 另外,进程在执行过程中拥有独立的内存单元,而多个线程共享内存,从而极大地提高了程序的运行效率。
  4. 线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行,必须依存在应用程序中,由应用程序提供多个线程执行控制。
  5. 从逻辑角度来看,多线程的意义在于一个应用程序中,有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用,来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。

进程和线程的选择

我们平时在写代码的时候一般使用线程会比较多,像需要频繁创建销毁的,要处理大量运算、数据,又要能很好的显示界面和及时响应消息的优先选择多线程,因为像这些运算会消耗大量的CPU,常见的有算法处理和图像处理。还有一些操作允许并发而且有可能阻塞的, 也推荐使用多线程. 例如SOCKET, 磁盘操作等等。
进程一般来说更稳定,而且它是内存隔离的,单个进程的异常不会导致整个应用的崩溃,方便调试,像很多服务器默认是使用进程模式的。

线程之间的通信

一个是使用全局变量进行通信,还有就是可以使用自定义的消息机制传递信息。
其实因为各个线程之间它是共享进程的资源的,所以它没有像进程通信中的用于数据交换的通信方式,它通信的主要目的是用于线程同步,所以像一些互斥锁啊临界区啊CEvent事件对象和信号量对象都可以实现线程的通信和同步。

进程之间的通信

进程间的通信方式有PIPE管道,信号量,消息队列,共享内存,还可以通过 socket套接字进行通信。根据信息量大小的不同可以分为低级通信和高级通信,在选择上,如果用户传递的信息较少.或是需要通过信号来触发某些行为的,一般用信号机制就能解决,如果进程间要求传递的信息量比较大或者有交换数据的要求,那么就要使用共享内存和套接字这些通信方式。

名词解释

  • 管道其实是存在于内存中的一种特殊文件,它不属于文件系统,有自己的数据结构,根据使用范围还可分为无名管道和命名管道。
  • 共享内存是通过将共享的内存缓冲区直接附加到进程的虚拟地址空间中来实现的,它是利用内存缓冲区直接交换信息,不需要复制,很快捷、信息量大。
  • 消息队列缓冲是由系统调用函数来实现消息发送和接收之间的同步,它允许任意进程通过共享消息队列来实现进程间通信.但是信息的复制需要耗费大量CPU,所以不适用于信息量大或操作频繁的场合。

线程同步和线程异步

同步是指一个线程要等待另一个线程执行完之后才开始执行当前的线程。
异步是指一个线程去执行,它的下一个线程不必等待它执行完就开始执行。

一般一个进程启动的多个不相干线程,它们之间的相互关系就为异步,比如游戏有图像和背景音乐,图像是由玩家操作的 而背景音乐是系统循环播放,它们两个线程之间没什么关系各干各的,这就是线程异步。至于同步的话指的是多线程同时操作一个数据,这个时候需要对数据添加保护,这个保护就是线程的同步
同步使用场景:对于多个线程同时访问一块数据的时候,必须使用同步,否则可能会出现不安全的情况,有一种情况不需要同步技术,那就是原子操作,也就是说操作系统在底层保证了操作要么全部做完,要么不做。
异步的使用场景:当只有一个线程访问当前数据的时候。比如观察者模式,它没有共享区,主题发生变化后通知观察者更新,主题继续做自己的事情,不需要等待观察者更新完成后再工作。

多线程同步和互斥有几种实现方法

线程同步的话有临界区,互斥量,信号量,事件。

临界区适合一个进程内的多线程访问公共区域或代码段时使用。

互斥量是可以命名的,也就是说它可以适用不同进程内多线程访问公共资源时使用。所以在选择上如果是在进程内部使用的话,用临界区会带来速度上的优势并且能够减少资源占用量。

信号量与临界区和互斥量不同,它是允许多个线程同时访问公共资源的,它相当于操作系统的PV操作,它会事先设定一个最大线程数,如果线程占用数达到最大,那么其它线程就不能再进来,如果有部分线程释放资源了,那么其它线程才能进来访问资源。

事件是通过通知操作的方式来保持线程同步。

注意:互斥量,事件,信号量都是内核对象,可以跨进程使用。

死锁

概念:进程间进行通信或相互竞争系统资源而产生的永久阻塞,若无外力作用将永远处在死锁状态。

产生原因:

  1. 系统资源不足;
  2. 进程运行推进顺序与速度不同也可能导致死锁;
  3. 资源分配不当;

产生死锁四个必要条件:

  1. 互斥条件:就是一个资源每次只能被一个进程使用。
  2. 请求与保持条件:一个进程在请求其它资源而阻塞时,但是它对自己已获得的资源又保持不放。
  3. 不剥夺条件:进程已获得的资源,在末使用完之前,不能强行剥夺。
  4. 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

预防死锁和避免死锁的方法:在系统设计、进程调度方面注意不让产生死锁的四个必要条件成立,确定资源的合理分配算法,避免进程永远占用系统资源,对资源分配要进行合理的规划。

猜你喜欢

转载自blog.csdn.net/qq_24649627/article/details/112237395
今日推荐