多任務編程超入門-（2） 進程和線程

作為多任務編程的基本概念，進程和線程的概念是無論如何迴避不了的。很多公司面試時也會問倒二者的區別。如果到互聯網上隨便搜一下，就能找到關於進程和線程的文章，但是相信讀過之後，懂得人會點頭，不懂的還是不懂。所以本文採用另外一種方式來說明。

單任務系統的情況

在這種情況下，所有的系統資源都交給程序使用，編程者只需要考慮處理的流程和邏輯即可。這裡的資源包括：CPU時間，內存（堆，棧），全局變數，硬體設備（顯示器，鍵盤，通訊介面，音頻設備）等。

多任務操作系統的情況

進程

對於編程者來說，最理想的情況就是，根本不用意識自己是多任務操作系統環境中編寫程序。

也就是說，至少看起來所有的系統資源都交給程序使用，編程者只需要考慮處理的流程和邏輯即可。這裡的資源包括：CPU時間， 內存（堆，棧，全局變數），硬體設備（顯示器，鍵盤，通訊介面，音頻設備）等。

但問題是，物理內存，設備只有一份，多個程序同時執行時必然發生競爭。這個問題當然不用我們考慮，因為多任務操作系統已經解決了：

1.為每個程序提供一定的CPU時間，保證程序可以按照某種間隔被執行。這種執行是二進位機器碼層面的。

2.為每個程序提供了獨立的，虛擬的內存空間，程序對虛擬內存進行的操作會映射到實際的物理內存上。

3.對於顯示部分，提供了窗口機制，將程序的輸出導向特定的窗口。同時系統將鍵盤，滑鼠的輸出導向當前活動的窗口。

4.有一些硬體，比如音頻輸入設備，串口等實在無法在程序之間共享。這樣的硬體就採用了獨佔的方式，如果某個程序佔用了某個設備，其他程序就不能使用。

這些都做到以後，可以說基本上實現了我們的理想：編程者不用意識自己是在為多任務操作系統編寫程序。每個任務作為單獨的程序來設計和實現，任務之間的調度利用操作系統的功能來實現。

這樣的程序執行過程就是進程。基本上進程就相當於多任務操作系統中的應用程序。（許多規模較大的應用也可以包含多個進程）

進程的好處是最大限度保持程序執行過程之間的獨立性，使增加任務或者調整任務內容變得簡單。但同時也可以看到操作系統要為每個進程分配資源，映射內存操作，控制各種輸入輸出。所有這些都需要相當的系統開銷。所以多任務操作系統也是隨著硬體性能的提高而逐漸發展起來的。

線程

理解了進程的優缺點以後，再理解線程就容易了。很多時候在一個進程內部還是需要多任務處理，比如視頻時軟體在視頻解碼時還要接受用戶操作。對於這種情況下就需要在進程內部提供多任務處理機制：線程。

一個進程中的線程之間CPU時間的分配和進程類似，但是共同使用進程的資源，操作系統不必為每個線程提供另外的映射機制，這樣做的結果：

1.多個線程共用一個資源時，需要編程者利用操作系統提供的介面主動的進行訪問控制和同步。

2.由於使用共同的內存空間，堆，棧等，所以不需要另外的地址映射等處理，可以實現比較快速的數據交換。

總結

就好像沒法回答夏天和冬天那個更好一樣，也沒有辦法回答進程和線程那個更好，我們應該做的就是在適當的場合使用適當的技術。

寫在文章的最後

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