线程与进程的简单比较

　　本篇文章主要对线程与进程之间的区别作一简单总结，从内核实现的区别，双方的地址空间、共享的数据、操作原语的比较和多线程与多进程的区别这几方面，做一简单说明。

1、Linux内核线程实现原理

　　Unix系统中，早期是没有“线程”概念的，80年代才引入，借助进程机制实现出了线程的概念。因此在这类系统中，进程和线程关系密切。

　　1. 轻量级进程(light-weight process)，也有PCB，创建线程使用的底层函数和进程一样，都是clone

　　2. 从内核里看进程和线程是一样的，都有各自不同的PCB，但是PCB中指向内存资源的三级页表是相同的

　　3. 进程可以蜕变成线程

　　4. 线程可看做寄存器和栈的集合；每一个线程都有自己的函数调用，所以其拥有自己的用户栈空间；内核区也有一个栈空间用来保存寄存器的值（cpu为不同的线程分配时间片，在不同的线程间切换）

需要拥有自己的内核栈空间。

2、进程与线程的地址空间

　　对于进程来说，相同的地址(同一个虚拟地址)在不同的进程中，反复使用而不冲突。原因是他们虽虚拟址一样，但，页目录、页表、物理页面各不相同。相同的虚拟址，映射到不同的物理页面内存单元，最终访问不同的物理页面。

　　但是，线程不同！两个线程具有各自独立的PCB，但共享同一个页目录，也就共享同一个页表和物理页面。所以两个PCB共享一个地址空间。

　　实际上，无论是创建进程的fork，还是创建线程的pthread_create，底层实现都是调用同一个内核函数clone。如果复制对方的地址空间，那么就产出一个“进程”；如果共享对方的地址空间，就产生一个“线程”。

因此：Linux内核是不区分进程和线程的。只在用户层面上进行区分。所以，线程所有操作函数 pthread_* 是库函数，而非系统调用。

３、为什么说在linux下，线程最是小的执行单位；进程是最小的分配资源单位？

　　当进程调用pthread_create函数后就蜕变成一个线程，经过多次pthread_create后就有了多个线程，而线程和进程的地位是一样的，当cpu在分配时间轮片时会一视同仁。所以说线程是cpu调度的最小单位；而无论在一个进程中创建多少个线程，它们都共享一个0~4G的内存空间，所以说cpu分配资源是以进程为基本单位的。

４、线程默认共享数据段、代码段等地址空间，常用的是全局变量。而进程不共享全局变量，只能借助mmap。

测试：１、进程之间不共享全局变量

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/wait.h>

int a = 10;
int main()
{
pid_t pid ,wpid;
int status;
pid = fork();

if(pid < 0)
{
perror("fork error!\n");
}
else if(pid > 0)  //父进程
{
a = 20;

wpid = wait(&status);
if(WIFEXITED(status))
{
printf("The child process %d exit normally\n",wpid);
printf("return value:%d\n",WEXITSTATUS(status));
}
else if(WIFSIGNALED(status))
{
printf("The child process exit abnormally, killed by signal %d\n",WTERMSIG(status));
}
else
{

}
}
else
{
sleep(2);
printf("a = %d\n",a);
}

return 0;

}

运行结果如下：可以看出，父子进程不共享全局变量

➜  test git:(master) ✗ ./a.out
fa process wrote a = 20
a = 10
The child process 11937 exit normally
return value:0

测试线程间共享全局变量，代码如下：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>

int var = 10;

void *fun(void *agr)
{
var = 20;
printf("pthread!\n");

return NULL;
}

int main()
{
pthread_t tid;
int ret;
int* retval;

printf("before pthread_create: var = %d\n",var);

ret = pthread_create(&tid,NULL,fun,NULL);

if(ret != 0)
{
fprintf(stderr,"pthread_create error : %s\n",strerror(ret));
exit(1);
}

sleep(1);
printf("after pthread: var = %d\n",var);

pthread_join(tid,(void**)&retval);

return 0;
}

运行结果：线程间共享全局变量

before pthread_create: var = 10
pthread!
after pthread: var = 20

５、进程与线程控制原语对比

进程	线程	作用
fork()	pthread_create()	创建
exit()	pthread_exit()	退出
wait()/waitpid()	pthread_join()	回收资源
kill（）	pthread _cancel（）	杀死进程、线程
getpid（）	pthread_self（）	获取当前进程/线程号

6、多线程与多进程的区别

对比维度	多进程	多线程	总结
数据共享、同步	数据共享复杂，需要IPC；数据是分开的，同步简单	因为共享进程数据，数据共享简单，因此，同步复杂	各有优势
内存、CPU	占用内存多，切换复杂、CPU利用率低	占用内存少，切换简单，CPU利用率高	线程占优
创建销毁、切换	创建销毁、切换复杂，速度慢	创建销毁、切换简单，速度快	线程占优
编程、调试	编程简单、调试简单	编程复杂、调试复杂	进程占优
可靠性	进程间不会影响	一个线程挂掉将会导致整个进程挂掉	进程占优
分布式	适用于多核、多机分布式；扩展机器简单	适用于多核分布式	进程占优