Author : Cyan_RA9
Source : 【卡码笔记】网站
Question : 进程和线程的区别是什么？
【简要回答】
进程和线程的概念
- 进程：进程（Process）是计算机中一个执行的程序实例，每个进程对应一个运行中的程序；进程是操作系统资源分配的最小单位，在未引入线程概念的操作系统中，同样是调度的最小单位。
- 线程：线程（Threads）是比进程更小的概念，也称“轻量级进程（Light Weight Process, LWP），是将进程进一步细分的单位；在多道程序操作系统中，线程概念的引入可以进一步提高程序的并发执行程度，一个进程可以同时拥有多个线程，借助多个线程实现程序的并发执行（而不必借助进程）。
进程和线程的对比
- 调度单位：引入内核级线程后，进程不再是调度的最小单位；线程是调度的最小单位。
- 资源分配：无论是否引入“线程”，进程始终都是资源分配的最小单位；线程只拥有少量资源（来自创建它的进程）。
- 并发性：多个进程间可以并发执行；一个进程的多个线程也能并发执行。
- 独立性：进程之间默认不共享全局变量，且拥有独立的地址空间和不同资源；线程之间只有少数资源不能共享（例如线程的栈区）。
- 系统开销：“进程通信”，“进程切换”开销大；“线程通信”，“线程切换”开销小。
- 多处理机：单个进程只能运行在一个处理机上；多线程进程可以充分利用多处理机（内核级线程）。
- 协同工作：进程之间互不影响；用户级线程的阻塞会影响到整个进程的执行。
【详细回答】
- 进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的独立单位。
- 进程的主要特点：
- 动态性：从创建到消亡，是动态的，具有生命周期。
- 并发性：多个进程并发执行时，会有以下3个特性：
- 间断性：并发的进程有间断运行的特点，当多个进程协同完成同一任务时，需要进行同步等操作，进而导致进程的暂停。
- 失去封闭性：并发进程会共享系统中的资源，任意进程都可能改变某个资源的状态，从而影响到其他进程。失去封闭性意味着进程的执行结果取决于其执行速度，使得进程的执行有不可再现性（每次执行的结果不一定相同）；失去封闭性导致了不可再现性。
- 不可再现性：在相同的初始环境和条件下，并发执行的进程可能得到不同的结果。
- 独立性：进程能够独立运行，是资源分配的最小单位，各个进程获得的资源独立于其他进程。
- 异步性：进程以不可预知的状态向前推进。进程的并发性导致了进程的异步性。但是，通过同步与互斥，可以保证在异步性的前提下得到确定（可再现）的结果。
- 未引入线程概念时，进程有两个特点：
①是资源所有权最小单位，指一个进程拥有对资源的控制和所有权，包括内存、I/O通道、I/O设备等；
②是调度/执行的最小单位，指进程是一个可以被操作系统内核调度的独立实体。 - “线程”可以看作是在调度/执行这一属性上对进程的进一步细分——在引入线程前，进程是操作系统调度的最小单位；在引入线程且是由操作系统内核支持的线程（即内核级线程）后，线程是操作系统调度的最小单位。
- 引入线程的优势：
- 进一步提高并发性：在单处理机系统中，线程模型可以分离同一个进程内的CPU计算和I/O访问，让它们并发执行；在多处理机系统中，引入线程模型后，每个内核级线程都能占用一个处理机，这使得多处理机系统的优势得以发挥。
- 共享地址空间与可用数据：线程之间可以直接共享数据而不需要经由操作系统内核，在速度上有很大优势。
- 更轻量级：在很多操作系统中，一个线程的创建比一个进程的创建快10~100倍。（线程的切换和撤销也远快于进程）
- 更好的交互性：线程可以提高图形界面程序的交互性，避免程序“卡死”，使用户得到更好的体验。
【知识图解】
- 进程的基本结构和资源所有权，示意图如下：
- 多进程模型 和 多线程模型 的内存布局，示意图如下：
【知识拓展】
- 线程的实现方式主要分为两类——内核级线程（Kernel Supported Threads，KST）和用户级线程（User-Level Threads，ULT）。
- 用户级线程：线程的管理由应用程序实现，在用户空间下完成，操作系统感知不到线程的存在。在这种实现方式下，系统调度的最小单位依然是进程，线程的调度则由其所在进程实现。
- 内核级线程：需要操作系统内核的支持，其创建、阻塞、撤销和切换都是在内核空间下实现的，内核通过TCB（线程控制块）来对线程进行感知和控制。在这种实现方式下，线程是系统调度的最小单位。
