进程与线程

进程

• 进程是对运行时程序的封装，是系统进行资源调度和分配的基本单位，实现了操作系统的并发

线程

• 线程是进程的子任务，是CPU调度和分派的基本单位，用于保证程序的实时性，实现进程内部的并发
• 线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位
• 每个线程都独自占用一个虚拟处理器，独自的寄存器组，指令计数器和处理器状态

创建成本

• 创建进程需要为进程划分出一块完整的内存空间，有大量的初始化操作，比如要把内存分段（堆栈、正文区等）
• 创建线程则简单得多，只需要确定 programer counter指针和寄存器的值，并且给线程分配一个栈用于执行程序，同一个线程间可以复用堆栈。

上下文切换

进程

当一个进程在执行时，CPU的所有寄存器的值、进程的状态及堆栈中的内容被称为该进程的上下文。当内核需要切换到另一个进程时，它需要保存当前进程的所有状态，即保存当前进程的上下文，以便在再次执行该进程时，能够得到切换时的状态执行下去。在linux中，当前进程上下文均被保存在进程的任务数据结构中。在发生中断时，内核就在被中断进程的上下文中，在内核态下执行中断服务例程。但同时会保留所有需要用到的资源，以便中断服务结束时能恢复被中断进程的执行。

线程

线程是调度的基本单位，进程是资源拥有的基本单位。内核中的任务调度，实际上调度的对象是线程，进程是给线程提供虚拟内存、全局变量等资源的。当进程拥有多个线程时，线程共享相同的虚拟内存和全局变量等资源，这些资源在上下文切换时不需要修改。当线程也有自己的私有数据时，比如自己的栈和寄存器，上下文切换时也需要保存。

线程的上下文切换存在两种情况：

• 前后切换的两个线程属于同一个进程，两个线程的资源基本是共享的，切换上下文时共享的资源不需要动，只有当线程有私有数据时，切换这些不共享的数据即可。
• 前后切换的两个线程不属于同一个进程，跟切换进程的上下文是一样的。

切换同一进程的线程比切换进程消耗更少的系统资源，是多线程对比对进程的优势

同一个进程的线程中的资源分配

线程之前独有的资源

thread context

• 函数运行时需要额外的寄存器来保存一些信息，像局部变量，这些寄存器是线程私有的，一个线程不可能访问到另一个线程的这类寄存器信息。
• 所属线程的栈区、程序计数器、栈指针以及函数运行使用的寄存器是线程私有的，这些信息有一个统一的名字，线程上下文，thread context

TLS -- Thread Local Storage

存放在该区域中的变量的是全局变量，所有线程都可以访问，但是每个线程在访问的时候都会存储一份成为自己的局部变量，修改就不会相互影响了。看上去所有的线程访问的都是同一个变量，但该全局变量独属于一个线程，一个线程对此变量的修改对其他线程不可见。
实现原理类似有一个全局的词典，词典的key是线程id，value就是共享的全局变量的副本。

线程之前共享的资源

代码区

编译后的代码

数据区

全局变量，静态变量

堆区

C/C++中用malloc或者new 出来的数据就存放在这个区域，只要知道指针，任何一个线程都可以访问指针指向的数据，因此堆区也是线程共享的属于进程的资源。

栈区

如果一个线程能拿到来自另一个线程栈上的指针，那么该线程就可以改变另一个线程的栈区，也就是说这些线程可以任意修改本属于另一个线程栈区中的变量。

动态链接库

动态链接的部分生成的库就是我们熟悉的动态链接库，在windows下是以ddl结尾的文件，在linux下是以so结尾的文件。

文件

如果程序在运行过程中打开了一些文件，那么进程地址空间中还保存有打开的文件信息，进程打开的文件也可以被所有的线程使用，这也属于线程间的共享资源