多线程 --- 进程和线程的基本知识

进程

前面我们提到了一个概念是，多任务操作系统，即希望该系统能够同时运行多个程序。本质上说，进程，就算用来解决”并发编程“这样的问题的。

在一些特定的情况下，进程的表现，其实并不能很好的解决”并发编程“，比如，在一些需要频繁的创建和销毁进程的场景时，此时再使用多进程编程，就会造成较大的系统开销（主要体现在资源的申请和释放上）。

早期编写服务器程序的时候，是使用C语言来进行编写的（基于一种CGI技术，该技术是一种基于多进程的编程模式）。服务器同一时刻就会收到很多请求，针对每个请求，都会创造出一个进程，给这个请求提供一定的服务，返回对应的相应。一旦这个请求处理完之后，这个进程就要被销毁了。如果请求很多，就意味着，服务器需要不停的创建新的进程，也需要不停的销毁旧的进程。这样频繁的进行创建和销毁操作，造成的系统开销是比较大的！！！、

关键原因：资源的申请和释放。前面我们提到，进程是资源（CPU，硬盘，内存，网络带宽...）分配的基本单位。

一个进程，在刚刚启动的时候，首当其冲，会把内存资源。进程需要把依赖的代码和数据，加载到内存资源中。

从系统中分配一个内存的过程是比较繁琐的。一般来说，先需要指定一个大小，系统内部把各种大小的空闲内存，通过一定的数据结构，给组织起来，然后再给进程分配过去。

如果有一个很大的进程，找不到那么大的内存空间怎么办呢？

答：系统报错，无法启动。（在Windows系统上并不明显，在Linux上较为明显）

进程在调度的时候，是”分时复用“的，进程消耗的内存，在内存空间上，也是”分时复用“的。当前没在运行的进程，所消耗的内存空间，可以暂时不必真正放在”内存上“，可以暂时放在硬盘的特定区域(swap 空间)，当进程真正执行的时候，再把这些内存数据装载进去。这样就可以有效的保证，正在运行的进程内存比较充裕。（Linux系统上就不是了，swap是可以配置的，如果没有进行配置，并且运行消耗内存比较大的程序，就容易报错无法启动）

线程

如何解决上述问题呢？ --> 线程

线程，也可以称之为”轻量级进程“，是在进程的基础上，做了一些改进。对比进程，他保持了独立调度执行，支持”并行开发“，同时也省去了”分配资源“ ”释放资源“所带来的额外开销。

线程是如何实现的呢？

前面我们使用PCB来描述一个进程：

在上图中，是一个进程有一个PCB，但是实际上，一个进程是可以有多个PCB的，即，一个进程可以包含多个线程。

操作系统在进行”多任务调度“的时候，其本质其实是在调度PCB（线程在系统中的调度规则，和进程是一样的，线程中的PCB也有状态 优先级 上下文 记账信息）

PCB中有一个属性，是内存指针，多个线程的PCB的内存指针，指向的是同一个内存空间。这就意味着：只是创建第一个线程的时候，需要从系统分配资源，后续的线程，就不必再分配了，直接共用前面的资源即可。（除了内存之外，文件描述操作符也是多个线程共用一份的）

补充：也不是随意两个线程，都可以实现资源共享，只是把能够资源共享的线程，分成组，称为”线程组“。每个进程，都可以包含一个 / 多个线程。

理解进程和线程的关系：

在引出线程前，进程需要扮演两个角色-->1.资源分配的基本单位，调度执行的基本单位

有了线程之后，进程专注于-->资源分配的基本单位，线程负责-->调度执行。

创建进程，资源就分配了，只不过，一个进程中，至少要包含一个线程。

总结：

        1.进程是包含线程的。

        2.每个线程，都是一个独立的执行流，可以执行一些代码，并且单独的参与到CPU的调度中（状态，上下文，优先级，记账信息...每个线程都是自己的独立的一份）

        3.每个进程，也有自己的资源，并且与其中的线程共用内存空间和文件描述符表。

        ==》 进程是资源分配的资本单位，线程的调度执行的基本单位。

        4.进程和进程之间，并不会相互影响。

        5.同一个进程的线程之间，可能会相互干扰 --> 引起线程安全问题

        6.线程并不是越多越好，合理适当才重要。（如果线程太多了，那调度开销可能会剧增）

完