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线程和进程是两种不同的并发执行单元#xff0c;它们都可以实现多任务的执行#xff0c;但是有各自的特点和区别。
线程是操作系统独立调度和执行的基本单位#xff0c;它是进程的一个组成部分#xff0c;一个进程可以包含多个线程#xff0c;它们共享进程的地址空…概要
线程和进程是两种不同的并发执行单元它们都可以实现多任务的执行但是有各自的特点和区别。
线程是操作系统独立调度和执行的基本单位它是进程的一个组成部分一个进程可以包含多个线程它们共享进程的地址空间、数据和资源。线程有自己的栈、寄存器和程序计数器它们之间可以直接通信和协作。进程是程序在某个数据集合上的一次运行活动也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。进程有自己独立的地址空间、数据和资源进程之间通过通信机制如管道、信号、消息队列等来交换信息。
要调用线程和进程需要使用不同的方法具体取决于操作系统和编程语言。一般来说有以下几种常见的方法
在 Linux 系统中可以使用 fork() 函数来创建一个新的进程该函数会复制当前进程的地址空间、数据和资源并返回一个进程标识符PID。父进程和子进程可以通过 PID 来区分自己并继续执行不同的代码。可以使用 wait() 函数来等待子进程结束并获取其返回值。可以使用 exec() 系列函数来在子进程中执行另一个程序并替换其地址空间、数据和资源。在 Linux 系统中可以使用 pthread 库来创建和管理线程。pthread 库提供了一系列函数来创建、终止、同步、互斥和调度线程。可以使用 pthread_create() 函数来创建一个新的线程并指定其要执行的函数和参数。可以使用 pthread_join() 函数来等待一个线程结束并获取其返回值。可以使用 pthread_exit() 函数来终止当前线程并返回一个值。在 Windows 系统中可以使用 CreateProcess() 函数来创建一个新的进程并指定其要执行的程序、命令行参数、安全属性、优先级等。该函数会返回一个进程句柄HANDLE用于标识和控制该进程。可以使用 WaitForSingleObject() 函数来等待一个进程结束并获取其退出码。可以使用 TerminateProcess() 函数来强制终止一个进程并指定其退出码。在 Windows 系统中可以使用 CreateThread() 函数来创建一个新的线程并指定其要执行的函数和参数。该函数会返回一个线程句柄HANDLE用于标识和控制该线程。可以使用 WaitForSingleObject() 函数来等待一个线程结束并获取其退出码。可以使用 ExitThread() 函数来终止当前线程并返回一个值。在 C 语言中可以使用 system() 函数来调用操作系统命令并创建一个新的进程来执行该命令。该函数会阻塞当前进程直到命令执行完毕并返回命令的退出码。在 C 语言中可以使用 std::thread 类来创建和管理线程。std::thread 类提供了构造函数、析构函数、移动赋值运算符等方法来创建、销毁、转移线程对象。可以向构造函数传递一个可调用对象如函数指针、函数对象、lambda 表达式等和参数来指定线程要执行的任务。可以使用 join() 方法来等待一个线程结束并获取其返回值。可以使用 detach() 方法来分离一个线程使其在后台运行。
进程和线程的概念
进程是程序在某个数据集合上的一次运行活动也是操作系统进行资源分配和保护的基本单位。线程是进程中的一个执行单元是操作系统进行调度的基本单位。 进程有自己的独立地址空间每启动一个进程系统就会为它分配地址空间建立数据表来维护代码段、堆栈段和数据段这种操作非常昂贵。而线程是共享进程中的数据的使用相同的地址空间因此 CPU 切换一个线程的花费远比进程要小很多同时创建一个线程的开销也比进程要小很多。
进程和线程的状态转换
进程有三种基本状态就绪态、运行态和阻塞态。就绪态表示进程已经准备好运行等待 CPU 分配时间片运行态表示进程正在占用 CPU 执行阻塞态表示进程因为等待某些事件而暂停执行让出 CPU 资源。线程也有类似的状态转换但是线程的阻塞不会导致整个进程的阻塞同样线程的就绪也不一定会立即运行。进程和线程的状态转换都需要操作系统的干预操作系统通过进程控制块PCB来管理和调度进程通过原语来实现进程状态转换的功能。
进程和线程的通信方式
进程间通信IPC需要借助操作系统提供的服务常见的方式有管道、消息队列、信号量、共享内存、套接字等。线程间通信TIC由于共享同一进程的资源可以直接读写数据无需操作系统干预。但是为了避免数据不一致或冲突需要使用互斥锁、信号量等同步机制来保证线程安全。
C中的线程进程调用
C11标准提供了头文件来支持多线程编程可以使用std::thread类来创建和管理线程。
下面是一些C中的线程或进程调用示例
创建一个简单的线程执行一个无参数的函数
#include iostream
#include threadvoid thread_fun() // 线程要执行的函数
{std::cout Hello, thread! std::endl;
}int main()
{std::thread t(thread_fun); // 创建一个线程对象t并传入要执行的函数t.join(); // 等待线程t结束return 0;
}创建一个带参数的线程执行一个有参数的函数
#include iostream
#include threadvoid thread_fun(int x) // 线程要执行的函数有一个整型参数
{std::cout The parameter is x std::endl;
}int main()
{std::thread t(thread_fun, 42); // 创建一个线程对象t并传入要执行的函数和参数t.join(); // 等待线程t结束return 0;
}创建多个线程共享同一个函数并使用互斥锁来保护共享数据
#include iostream
#include thread
#include mutexstd::mutex mtx; // 创建一个互斥锁对象
int counter 0; // 创建一个共享数据void thread_fun() // 线程要执行的函数
{mtx.lock(); // 上锁保护共享数据counter; // 修改共享数据std::cout Thread counter is running std::endl;mtx.unlock(); // 解锁释放共享数据
}int main()
{const int N 10; // 定义线程数量std::thread threads[N]; // 创建一个线程数组for (int i 0; i N; i){threads[i] std::thread(thread_fun); // 为每个线程对象分配要执行的函数}for (int i 0; i N; i){threads[i].join(); // 等待每个线程结束}return 0;
}在Linux系统中创建一个新的进程并在子进程中执行另一个程序
#include iostream
#include unistd.h
#include sys/wait.hint main()
{pid_t pid fork(); // 创建一个新的进程返回进程标识符if (pid -1) // fork失败{std::cerr Fork error std::endl;return -1;}else if (pid 0) // 子进程{std::cout Child process, pid getpid() std::endl;execl(/bin/ls, ls, -l, NULL); // 在子进程中执行ls命令替换子进程的地址空间、数据和资源std::cerr Exec error std::endl; // 如果exec成功这一行不会被执行return -1;}else // 父进程{std::cout Parent process, pid getpid() std::endl;int status;wait(status); // 等待子进程结束并获取其返回值std::cout Child process exited with status status std::endl;return 0;}
}
