进程，线程，多线程

进程与线程：

进程：具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的一个独立单位.     【占用资源的最小单元】

线程：它是比进程更小的能独立运行的基本单位.是进程的一个实体,是CPU调度和分派的基本单位。它只拥有运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源.            【调度的单位】  

关系：

（1）一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。

（2）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。进程之间也可以并发执行.

（3）资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。

（4）处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程。

（5）线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。

区别：

(1)  拥有资源和调度：进程是拥有资源的独立单位，线程不拥有系统资源，但可以访问隶属于进程的资源。线程是指进程内的一个执行单元,是调度和分配的基本单位，

(2)  通信：线程之间的通信比较方便。统一进程下的线程共享数据（比如全局变量，静态变量），通过这些数据来通信，快捷方便，但要处理好这些访问的同步与互斥。而进程之间的通信只能通过进程通信的方式进行（如管道，信号，消息队列，共享内存，信号量，套接字）。

(3)  执行：每个独立的线程有自己的一个程序入口，顺序执行序列和程序的出口，但是不能独立执行，必须依附与程序之中，由应用程序提供多个线程的并发控制。

(4)  系统开销：进程有独立的地址空间，在创建或撤消进程时，系统都要为之分配和回收资源，导致开销明显大。运行一个进程中的线程，共享大部分数据，使用相同的地址空间，因此启动一个线程，切换一个线程远比进程操作要快，花费也要小得多。

(5)  健壮性：多进程的程序要比多线程的程序健壮。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，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。

线程安全：

   多线程的程序运行结果是可预期的，而且与单线程的程序运行结果一样。

 

线程状态：

就绪、运行、阻塞、挂起阻塞、挂起就绪

 

多线程：

1.    多线程互斥与同步有几种实现方法？都是什么？

临界区（CS:critical section）、互斥量（Mutex）；事件（Event）、信号量（semaphores）。

a.    临界区（同一个进程内，实现互斥）： 在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问,其他的被挂起，直到临界区被释放。【多线程的串行化，速度快，适合控制数据访问】

b.    互斥量（可以跨进程，实现互斥）：只有拥有互斥对象（只有一个）的线程才具有访问资源的权限，当前占据资源的线程在任务处理完后应将拥有的互斥对象交出，以便其他线程在获得后得以访问资源。【为协调对一个共享资源的单独访问而设计】

###  临界区 VS 互斥量 :

   两者都可以用于同一进程中不同子线程对资源的互斥访问。互斥量可以很好的解决由于线程意外终止资源无法释放的问题。互斥量是内核对象，可以命名，也就是说它可以跨进程使用，所以创建互斥量需要的资源更多。在进程内部，使用临界区会更快。

c.    事件（实现同步，可以跨进程）：用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始。

d.    信号量（主要是实现同步，可以跨进程）： 它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。一般是将当前可用资源计数设置为最大资源计数，每增加一个线程对共享资源的访问，当前可用资源计数就会减1，只要当前可用资源计数是大于0的，就可以发出信号量信号。【为控制一个具有有限数量用户资源而设计】

 

线程间的同步方法大体可分为两类：用户模式和内核模式。顾名思义，内核模式就是指利用系统内核对象的单一性来进行同步，使用时需要切换内核态与用户态，而用户模式就是不需要切换到内核态，只在用户态完成操作。

用户模式下的方法有：原子操作（例如一个单一的全局变量），临界区。内核模式下的方法有：事件，信号量，互斥量。

 

2.    C++中多线程实现方法：

C++ 11新特性中，可以使用std::thread来创建线程。Windows系统提供了相关API，我们可以使用他们来进行多线程编程。

例子

http://www.cnblogs.com/codingmengmeng/p/5913068.html

线程随机交替运行，运行时间不一样，可能主线程运行完之后将所占资源都释放掉了，使得子线程还没有运行完。   【可用sleep()】

注意进程之间会被打断。如：

cout << "Main Thread Display!" <<endl;改成cout << "Main ThreadDisplay!\n";

【用互斥量(Mutex)来进行线程同步，允许一个线程拥有对共享资源的独占。】

 

3.    多线程同步和互斥有何异同，在什么情况下分别使用他们？举例说明

同步，指线程之间所具有的一种制约关系，一个线程的执行依赖另一个线程的消息，当它没有得到另一个线程的消息时应等待，直到消息到达时才被唤醒。

互斥，指对于共享的进程系统资源，在各单个线程访问时的排它性。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。”不能同时访问，是个顺序问题“。

举例，设有一个全局变量global，为了保证线程安全，我们规定只有当主线程修改了global之后下一个子线程才能访问global，这就需要同步主线程与子线程，可用关键段实现。当一个子线程访问global的时候另一个线程不能访问global，那么就需要互斥。

 

4.    编程练习

 

参考：

http://blog.csdn.net/yaosiming2011/article/details/44280797

https://www.cnblogs.com/wuchanming/p/3992395.html?utm_source=tuicool&utm_medium=referral

http://www.cnblogs.com/xilentz/archive/2012/11/13/2767317.html