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進(jìn)程有很多優(yōu)點,它提供了多道編程,可以提高計算機(jī)CPU的利用率。既然進(jìn)程這么優(yōu)秀,為什么還要線程呢?其實,仔細(xì)觀察就會發(fā)現(xiàn)進(jìn)程還是有很多缺陷的。
主要體現(xiàn)在一下幾個方面:
進(jìn)程只能在一個時間做一個任務(wù),如果想同時做兩個任務(wù)或多個任務(wù),就必須開啟多個進(jìn)程去完成多個任務(wù)。
進(jìn)程在執(zhí)行的過程中如果阻塞,例如等待輸入,整個進(jìn)程就會掛起,即使進(jìn)程中有些工作不依賴于輸入的數(shù)據(jù),也將無法執(zhí)行。
每個進(jìn)程都有自己的獨立空間,所以多進(jìn)程的創(chuàng)建,銷毀相比于多線程更加耗時,也更加占用系統(tǒng)資源。
進(jìn)程是資源分配的最小單位,線程是CPU調(diào)度的最小單位,每一個進(jìn)程中至少有一個線程?!?/p>
線程與進(jìn)程的區(qū)別
可以歸納為以下4點:
1)地址空間:進(jìn)程間相互獨立的每個進(jìn)程都有自己獨立的內(nèi)存空間,也就是說一個進(jìn)程內(nèi)的數(shù)據(jù)在另一個進(jìn)程是不可見的。但同一進(jìn)程中的各線程間數(shù)據(jù)是共享的。
2)通信:由于每個進(jìn)程有自己獨立的內(nèi)存空間,所以進(jìn)程間通信需要IPC,而進(jìn)程內(nèi)的數(shù)據(jù)對于多個線程來說是共享的,每個線程都可以訪問,所以為了保證數(shù)據(jù)的一致性,需要使用鎖。
3)調(diào)度和切換:線程上下文切換比進(jìn)程上下文切換要快得多。
4)在多線程操作系統(tǒng)中,進(jìn)程不是一個可執(zhí)行的實體,它主要的功能是向操作系統(tǒng)申請一塊內(nèi)存空間,然后在內(nèi)存空間中開線程來執(zhí)行任務(wù),相當(dāng)于一個容器,容器中的線程才是真正的執(zhí)行體。一個進(jìn)程可以包含多個線程,而一個線程是不能包含進(jìn)程的。因為進(jìn)程是系統(tǒng)分配資源的最小單位,所以線程不能向操作系統(tǒng)申請自己的空間,但一個線程內(nèi)可以包含多個線程。
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線程的特點:
在多線程的操作系統(tǒng)中,通常是在一個進(jìn)程中包括多個線程,每個線程都是作為利用CPU的基本單位,是花費最小開銷的實體。線程具有以下屬性。
1)輕型實體
線程中的實體基本上不擁有系統(tǒng)資源,只是有一點必不可少的、能保證獨立運(yùn)行的資源。
線程的實體包括程序、數(shù)據(jù)和TCB。線程是動態(tài)概念,它的動態(tài)特性由線程控制塊TCB(Thread Control Block)描述。
2)獨立調(diào)度和分派的基本單位。
在多線程OS中,線程是能獨立運(yùn)行的基本單位,因而也是獨立調(diào)度和分派的基本單位。由于線程很“輕”,故線程的切換非常迅速且開銷?。ㄔ谕贿M(jìn)程中的)。
3)共享進(jìn)程資源。
在同一進(jìn)程中的各個線程,都可以共享該進(jìn)程所擁有的資源,這首先表現(xiàn)在:所有線程都具有相同的進(jìn)程id,這意味著,線程可以訪問該進(jìn)程的每一個內(nèi)存資源;此外,還可以訪問進(jìn)程所擁有的已打開文件、定時器、信號量機(jī)構(gòu)等。由于同一個進(jìn)程內(nèi)的線程共享內(nèi)存和文件,所以線程之間互相通信不必調(diào)用內(nèi)核。
4)可并發(fā)執(zhí)行
在一個進(jìn)程中的多個線程之間,可以并發(fā)執(zhí)行,甚至允許在一個進(jìn)程中所有線程都能并發(fā)執(zhí)行;同樣,不同進(jìn)程中的線程也能并發(fā)執(zhí)行,充分利用和發(fā)揮了處理機(jī)與外圍設(shè)備并行工作的能力。
線程的實現(xiàn)可以分為兩類:
用戶級線程(User-Level Thread)和內(nèi)核級線程(Kernel-Level Thread),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,各個系統(tǒng)的實現(xiàn)方式并不相同,在有的系統(tǒng)中實現(xiàn)了用戶級線程,有的系統(tǒng)中實現(xiàn)了內(nèi)核級線程。
用戶線程和內(nèi)核線程的區(qū)別:
1、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。
2、用戶級線程的創(chuàng)建、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;而內(nèi)核支持線程的創(chuàng)建、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、撤消和調(diào)度大體是相同的。
3、用戶級線程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用指令時將導(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,只導(dǎo)致該線程被中斷。
4、在只有用戶級線程的系統(tǒng)內(nèi),CPU調(diào)度還是以進(jìn)程為單位,處于運(yùn)行狀態(tài)的進(jìn)程中的多個線程,由用戶程序控制線程的輪換運(yùn)行;在有內(nèi)核支持線程的系統(tǒng)內(nèi),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。
5、用戶級線程的程序?qū)嶓w是運(yùn)行在用戶態(tài)下的程序,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。
內(nèi)核線程的優(yōu)缺點:
優(yōu)點:當(dāng)有多個處理機(jī)時,一個進(jìn)程的多個線程可以同時執(zhí)行。
缺點:由內(nèi)核進(jìn)行調(diào)度。
用戶線程的優(yōu)缺點:
優(yōu)點:
線程的調(diào)度不需要內(nèi)核直接參與,控制簡單。
可以在不支持線程的操作系統(tǒng)中實現(xiàn)。
創(chuàng)建和銷毀線程、線程切換代價等線程管理的代價比內(nèi)核線程少得多。
允許每個進(jìn)程定制自己的調(diào)度算法,線程管理比較靈活。
線程能夠利用的表空間和堆??臻g比內(nèi)核級線程多。
同一進(jìn)程中只能同時有一個線程在運(yùn)行,如果有一個線程使用了系統(tǒng)調(diào)用而阻塞,那么整個進(jìn)程都會被掛起。另外,頁面失效也會產(chǎn)生同樣的問題。
缺點:
資源調(diào)度按照進(jìn)程進(jìn)行,多個處理機(jī)下,同一個進(jìn)程中的線程只能在同一個處理機(jī)下分時復(fù)用。
當(dāng)前題目:創(chuàng)新互聯(lián)Python教程:一文帶你讀懂Python線程
新聞來源:http://m.fisionsoft.com.cn/article/ccisdcj.html


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