进程与线程

背景介绍

一直以来，自己对进程和线程的理解都是皮毛，前一段时间出去面试，面试官让说一下进程与线程的区别，当时的回答让面试官说：你真是清奇。大概他也是觉得我在一本正经地胡说吧。
回来后查阅了一下，大概都如下描述，记录一下，以防以后自己再天马行空的杜撰。

程序：

程序是指令和数据的有序集合。其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。为了一个程序运行，计算机加载程序代码，可能还要加载数据，从而初始化成一个开始状态，然后调用某种启动机制。在最低层上，这些是由一个加载器开始的。
在大多数计算机中，操作系统例如Windows等，加载并且执行很多程序。在这种情况下，一个计算机程序是指一个单独的可执行的映射，而不是当前在这个计算机上运行的全部程序。

进程：

英语process，是计算机中已运行程序的实体。即程序在运行时，会产生一个或者多个进程。 进程本身不是基本运行单位，而是线程的容器。程序本身只是指令、数据及其组织形式的描述，进程才是程序（那些指令和数据）的真正运行实例。若干进程有可能与同一个程序相关系，且每个进程皆可以同步（循序）或异步（平行）的方式独立运行。

线程：

线程是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位,它是比进程更小的能独立运行的基本单位。线程自己基本上不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈)，一个线程可以创建和撤销另一个线程。同一进程的多线程之间资源共享，数据（堆栈和局部变量外）共享。

需要注意到的是，一颗CPU同一时刻只能执行一个线程。

程序、进程、线程三者之间的关系

假设这样一个场景，我们拥有一套程序，其执行过程是以单进程的方式执行的，进程在运行时又以多个线程的形式执行。三者的关系可以使用下图简单的描述：

进程与线程.png

程序并不能单独执行，只有将程序加载到内存中，系统为他分配资源后才能够执行，这种执行的程序称之为进程，也就是说进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位，每个进程都有自己单独的地址空间。所以说程序与进程的区别在于，程序是指令的集合，是进程运行的静态描述文本，而进程则是程序在系统上顺序执行时的动态活动。

但是进程存在着很多缺陷，主要集中在两点：

1) 进程只能在同一时间干一件事情，如果想同时干两件事或多件事情，进程就无能为力了。 

2)进程在执行的过程中如果由于某种原因阻塞了，例如等待输入，整个进程就会挂起，其他与输入无关的工作也必须等待输入结束后才能顺序执行。

为了解决上述两点缺陷，引入了线程这个概念。

进程和线程的主要差别在于它们是不同的操作系统资源管理方式。进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有单独的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉，所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。但对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。

1) 简而言之,一个程序至少有一个进程,一个进程至少有一个线程.

2) 线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。

3) 另外，进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大地提高了程序的运行效率。

4) 线程在执行过程中与进程还是有区别的。每个独立的线程有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序的出口。但是线程不能够独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。

5) 从逻辑角度来看，多线程的意义在于一个应用程序中，有多个执行部分可以同时执行。但操作系统并没有将多个线程看做多个独立的应用，来实现进程的调度和管理以及资源分配。这就是进程和线程的重要区别。

知乎上的一篇别开生面的解释

作者：zhonyong
链接：https://www.zhihu.com/question/25532384/answer/81152571
来源：知乎
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不请自来。看见上面几位的回答我真的是醉了。说几句我的理解。首先来一句概括的总论：进程和线程都是一个时间段的描述，是CPU工作时间段的描述。下面细说背景：CPU+RAM+各种资源（比如显卡，光驱，键盘，GPS, 等等外设）构成我们的电脑，但是电脑的运行，实际就是CPU和相关寄存器以及RAM之间的事情。一个最最基础的事实：CPU太快，太快，太快了，寄存器仅仅能够追的上他的脚步，RAM和别的挂在各总线上的设备完全是望其项背。那当多个任务要执行的时候怎么办呢？轮流着来?或者谁优先级高谁来？不管怎么样的策略，一句话就是在CPU看来就是轮流着来。一个必须知道的事实：执行一段程序代码，实现一个功能的过程介绍 ，当得到CPU的时候，相关的资源必须也已经就位，就是显卡啊，GPS啊什么的必须就位，然后CPU开始执行。这里除了CPU以外所有的就构成了这个程序的执行环境，也就是我们所定义的程序上下文。当这个程序执行完了，或者分配给他的CPU执行时间用完了，那它就要被切换出去，等待下一次CPU的临幸。在被切换出去的最后一步工作就是保存程序上下文，因为这个是下次他被CPU临幸的运行环境，必须保存。串联起来的事实：前面讲过在CPU看来所有的任务都是一个一个的轮流执行的，具体的轮流方法就是：先加载程序A的上下文，然后开始执行A，保存程序A的上下文，调入下一个要执行的程序B的程序上下文，然后开始执行B,保存程序B的上下文。。。。========= 重要的东西出现了========进程和线程就是这样的背景出来的，两个名词不过是对应的CPU时间段的描述，名词就是这样的功能。进程就是包换上下文切换的程序执行时间总和 = CPU加载上下文+CPU执行+CPU保存上下文线程是什么呢？进程的颗粒度太大，每次都要有上下的调入，保存，调出。如果我们把进程比喻为一个运行在电脑上的软件，那么一个软件的执行不可能是一条逻辑执行的，必定有多个分支和多个程序段，就好比要实现程序A，实际分成 a，b，c等多个块组合而成。那么这里具体的执行就可能变成：程序A得到CPU =》CPU加载上下文，开始执行程序A的a小段，然后执行A的b小段，然后再执行A的c小段，最后CPU保存A的上下文。这里a，b，c的执行是共享了A的上下文，CPU在执行的时候没有进行上下文切换的。这里的a，b，c就是线程，也就是说线程是共享了进程的上下文环境的更为细小的CPU时间段。到此全文结束，再一个总结：进程和线程都是一个时间段的描述，是CPU工作时间段的描述，不过是颗粒大小不同。

扩展阅读：

一个形象直白的类比： 进程与线程的一个简单解释 http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes_and_threads.html#
外文引用：http://www.qnx.com/developers/docs/6.4.1/neutrino/getting_started/s1_procs.html