Linux多进程和多线程的优缺点

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教科书上最经典的一句话是“进程是操作系统分配的最小单位,线程是CPU调度的最小单位”。

多线程的优点:

1)它是一种非常”节俭”的多任务操作方式。在Linux系统下,启动一个新的进程必须分配给它独立的地址空间,建立众多的数据表来维护它的代码段、堆栈段和数据段,这是一种”昂贵”的多任务工作方式。而运行于一个进程中的多个线程,它们彼此之间使用相同的地址空间,共享大部分数据,启动一个线程所花费的空间远远小于启动一个进程所花费的空间,而且,线程间彼此切换所需的时间也远远小于进程间切换所需要的时间。当然,在具体的系统上,这个数据可能会有较大的区别;

2)线程间方便的通信机制,由于同一进程下的线程之间共享数据空间,所以一个线程的数据可以直接为其它线程所用,这不仅快捷,而且方便;

3)使多CPU系统更加有效。操作系统会保证当线程数不大于CPU数目时,不同的线程运行于不同的CPU上;

4)改善程序结构。一个既长又复杂的进程可以考虑分为多个线程,成为几个独立或半独立的运行部分,这样的程序会利于理解和修改;

5)无需跨进程边界; 程序逻辑和控制方式简单; 所有线程可以直接共享内存和变量等; 线程方式消耗的总资源比进程方式好。

多线程的缺点:

1)每个线程与主程序共用地址空间,受限于2GB地址空间;

2) 线程之间的同步和加锁控制比较麻烦; 一个线程的崩溃可能影响到整个程序的稳定性; 到达一定的线程数程度后,即使再增加CPU也无法提高性能,例如Windows Server 2003,大约是1500个左右的线程数就快到极限了(线程堆栈设定为1M),如果设定线程堆栈为2M,还达不到1500个线程总数; 线程能够提高的总性能有限,而且线程多了之后,线程本身的调度也是一个麻烦事儿,需要消耗较多的CPU;

3)调度时, 要保存线程状态,频繁调度, 需要占用大量的机时; 程序设计上容易出错(线程同步问题)。

多进程的优点:

1)顺序程序的特点:具有封闭性和可再现性;

2)程序的并发执行和资源共享。多道程序设计出现后,实现了程序的并发执行和资源共享,提高了系统的效率和系统的资源利用率;

3)每个进程互相独立,不影响主程序的稳定性,子进程崩溃没关系; 通过增加CPU,就可以容易扩充性能; 可以尽量减少线程加锁/解锁的影响,极大提高性能,就算是线程运行的模块算法效率低也没关系; 每个子进程都有2GB地址空间和相关资源,总体能够达到的性能上限非常大 。

多进程的缺点:

1)操作系统调度切换多个线程要比切换调度进程在速度上快的多。而且进程间内存无法共享,通讯也比较麻烦;

2)线程之间由于共享进程内存空间,所以交换数据非常方便;在创建或撤消进程时,由于系统都要为之分配和回收资源,导致系统的开销明显大于创建或撤消线程时的开销。

线程和进程各有优势,怎样进行选取呢?

1)需要频繁创建销毁的优先用线程。
实例:web服务器。来一个建立一个线程,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,当然就是要消耗很多cpu,切换频繁了,这种情况先线程是最合适的。
实例:图像处理、算法处理

3)强相关的处理用线程,若相关的处理用进程。
什么叫强相关、弱相关?理论上很难定义,给个简单的例子就明白了。
一般的server需要完成如下任务:消息收发和消息处理。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,消息解码和业务处理可以分线程设计。

4)可能扩展到多机分布的用进程,多核分布的用线程。

5)都满足需求的情况下,用你最熟悉、最拿手的方式。

至于”数据共享、同步“、“编程、调试”、“可靠性”这几个维度的所谓的“复杂、简单”应该怎么取舍,只能说:没有明确的选择方法。一般有一个选择原则:如果多进程和多线程都能够满足要求,那么选择你最熟悉、最拿手的那个。

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