进程与线程的相关概念——同步、通信等

进程和线程的相关概念如同步、通信等概念之间经常搞混，这里做一下解释说明：

首先解释下：进程与线程之间的关系

（1）为什么有了进程后，还引入线程？

答：简单说：由于进程独立占用资源，创建多进程需要的资源多且占用空间大，同时多进程切换也就更速度慢且复杂；而线程正是为了避免进程的这些缺陷而提出的，即：线程共享地址空间（进程资源），从而多线程占用资源少，多线程切换速度快且简单。

（2）相互关系

答：如下：

①进程和线程均可并发执行；

②一个进程至少有一个线程，线程从属于进程；

③引入线程前，进程是CPU调度的基本单位和资源分配基本单元；引入线程后，进程是资源分配的基本单元，线程是CPU调度的基本单位；

（3）线程和进程的区别和应用场景见下表：

根本区别：进程有独立的地址空间，线程共享地址空间；

其他区别均由根本区别引起，如下表：

补充一个区别：

线程私有包括栈、寄存器、状态、程序计数器；线程间共享的包括堆，地址空间，全局变量，静态变量；

进程私有地址空间、堆、全局变量以及栈、寄存器等资源；进程共享代码段、进程公共数据、以及进程目录、进程ID等；

根据上表，可以得出进程与线程的应用场景：

①需要频繁创建销毁的优先用线程（线程创建销毁开销小，过程简单，速度快）；

②需要进行大量计算的优先使用线程（计算量大意味着要耗费大量CPU资源，必然需要频繁切换，多线程适合）；

③强相关的处理用线程，弱相关的处理用进程（强相关必然有更多相互通信，多线程通信简单，所以适合）；

④可能要扩展到多机分布的用进程，多核分布的用线程（见表）；

进程/线程间的同步与通信

（1）先解释下同步与互斥的关系：

互斥好理解；就是一个进程或线程在占用一资源时，其他进程或线程均不可访问；

同步通俗讲：就是在互斥的基础上保证进程或线程对资源的有序访问；

（2）进程的同步机制和通信机制

①进程同步机制：信号量、管程；

②进程间通信机制：共享内存、消息传递（直接传递和间接传递）、管道（无名管道、有名管道）

经常把进程同步和通信搞混，实际两者关系是包含关系：因为进程同步只可以传递少量数据，所以进程同步机制实际上是低级的进程通信机制，而我们现在说的进程通信机制实际上是高级的通信机制；

更详细完整的进程间通信机制如下图：

注：RPC——远程过程调用协议

③简要解释各种进程同步和通信方式：

信号量——是通过一对同步操作（wait(S)和singal(S)），又叫PV操作，实现同步。当s≤0时，表示资源被占用，当前进程执行等待wait(S)。否则执行s=s-1后进入singal(S)，获取资源。其传输数据量少，一般用于同步而非通信；

管程——是为了避免信号量的缺陷（每一个进程都需要自备一对PV操作，给系统管理带来麻烦）而提出的。管程由共享数据结构体和对共享数据的一组操作组成，进程无需自备操作。但注意管程有一个队列，用于保存请求进程，每次只需允许一个进程进入，从而保证互斥；

管道——一种半双工通信模式，实际就是一个共享文件，每一时刻只可以对文件有一种操作——写或者读；

共享内存——该进程通信方式没有自带的同步机制，需要自己实现同步；

套接字（socket）：常用于不同主机之间的通信；

（3）线程间同步和通信机制

①线程间同步机制：锁机制（互斥锁、读写锁）、条件变量、信号量；

②线程间通信机制：如上面进程通信机制所述，线程同步机制也属于低级通信机制，这里介绍高级的线程通信机制，主要包括三个，分别是：全局变量、消息机制、事件（CEvent）；

③简要介绍下上述线程同步与通信方式：

全局变量——这个容易理解，也是最常用的方式，通过修改和读取全局变量来实现多个线程之间通信；

消息机制——windows程序设计中，都有线程间的消息通信机制。常用的Message通信的接口主要有两个：PostMessage和PostThreadMessage，PostMessage为线程向主窗口发送消息。而PostThreadMessage是任意两个线程之间的通信接口；

事件（CEvent）——CEvent为MFC中的一个对象，可以通过对CEvent的触发状态进行改变，从而实现线程间的通信和同步。