5、第七 - 网络编程基础 - 进程与线程概念

 

进程、线程概念，两者的区别，及他们的工作原理。

1、进程概念

　　程序并不能单独运行，只有将程序装载到内存中，系统为它分配资源才能运行，而这种执行的程序就称之为进程。程序和进程的区别就在于：程序是指令的集合，它是进程运行的静态描述文本；进程是程序的一次执行活动，属于动态概念。

     有进程为什么还要线程？进程还是有很多缺陷的，主要体现在两点上：

• 进程只能在一个时间干一件事，如果想同时干两件事或多件事，进程就无能为力了。
• 进程在执行的过程中如果阻塞，例如等待输入，整个进程就会挂起，即使进程中有些工作不依赖于输入的数据，也将无法执行。

进程的基本状态：

1、就绪（Ready）状态
　  当进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要在获得CPU，便可立即执行，进程这时的状态就称为就绪状态。在一个系统中处于就绪状态的进程可能有多个，通常将他们排成一个队列，称为就绪队列。

2、执行状态
　  进程已获得CPU，其程序正在执行。在单处理机系统中，只有一个进程处于执行状态；再多处理机系统中，则有多个进程处于执行状态。

3、阻塞状态
　 正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，亦即程序的执行受到阻塞，把这种暂停状态称为阻塞状态，有时也称为等待状态或封锁状态。

三种进程之间的转换图：

进程间的通信方式：

• 管道( pipe )：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
• 有名管道 (named pipe) ： 有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。
• 信号量( semophore ) ： 信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
• 消息队列( message queue ) ： 消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
• 信号 ( sinal ) ： 信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
• 共享内存( shared memory ) ：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号两，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
• 套接字( socket ) ： 套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同及其间的进程通信。

2、线程概念

　　线程是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。
　　线程，有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针(PC），寄存器集合和堆栈组成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程在运行中呈现出间断性。线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。就绪状态是指线程具备运行的所有条件，逻辑上可以运行，在等待处理机；运行状态是指线程占有处理机正在运行；阻塞状态是指线程在等待一个事件（如某个信号量），逻辑上不可执行。每一个程序都至少有一个线程，若程序只有一个线程，那就是程序本身。
　　线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内一个相对独立的、可调度的执行单元，是系统独立调度和分派CPU的基本单位指运行中的程序的调度单位。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。

3、进程与线程的区别

进程与线程的区别：

• 线程共享创建它的进程的地址空间;进程拥有自己的地址空间。
• 线程可以直接访问其进程的数据段;进程拥有父进程的数据段的自己的副本。
• 线程可以直接与其进程的其他线程通信;进程必须使用进程间通信与兄弟进程进行通信。
• 新线程很容易创建;新流程需要重复父流程。
• 线程可以对同一进程的线程进行相当程度的控制;进程只能对子进程进行控制。
• 对主线程的更改（取消，优先级更改等）可能会影响进程其他线程的行为;对父进程的更改不会影响子进程

有了进程为什么还要线程？

　　进程有很多优点，它提供了多道编程，让我们感觉我们每个人都拥有自己的CPU和其他资源，可以提高计算机的利用率。很多人就不理解了，既然进程这么优秀，为什么还要线程呢？其实，仔细观察就会发现进程还是有很多缺陷的，主要体现在两点上：

• 进程只能在一个时间干一件事，如果想同时干两件事或多件事，进程就无能为力了。
• 进程在执行的过程中如果阻塞，例如等待输入，整个进程就会挂起，即使进程中有些工作不依赖于输入的数据，也将无法执行。

 举例说明：

A、进程只能是一个一个出来，第一个处理完成、才能处理第二个。

import time

def run(n):
    print("talk",n)
    time.sleep(2)

t1 = run("t1")
t2 = run("t2")
输出：
talk t1
talk t2

备注：是每执行完一个，在处理另外一个。中间还sleep 2S 时间耗时还比较长。总共耗时 4S 

B、加入线程的概念， 并发处理

import threading,time

def run(n):
    print("talk",n)
    time.sleep(2)

t1 = threading.Thread(target=run,args=("t1",)) #target=run run 为函数名，args 为接后面的参数。"t1", ","的意思，表明这是一个元组的集合
t2 = threading.Thread(target=run,args=("t2",))
t1.start()   #开始的执行
t2.start()
输出：
talk t1
talk t2

注：打印过程中，没有时间间隔，直接打印。打印完成，才有两 s 的停顿时间