多线程(一) ~ 进程与线程的区别

一. 计算机简单介绍

(一) 结构

计算机的基本结构冯诺依曼体系结构
冯诺依曼体系结构是现代计算机的基础架构，由数学家冯·诺依曼于1945年提出，其核心包括二进制逻辑、程序存储执行及计算机五大组成部分（运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备）。

(二) CPU

又称为中央处理器，是计算机的核心部分，现代CPU为多核CPU，有计算与存储功能
CPU的寄存器比内存储存速度更快，空间比内存更小，是计算的主要工具

(三) GPU

GPU全称图形处理器，是显卡的核心组件，负责处理图像渲染、几何计算等图形相关任务。它通过大规模并行处理提升计算效率，与CPU（中央处理器）形成互补

(四) 操作系统内核进程管理功能

操作系统内核是操作系统的核心部分，负责管理计算机的硬件资源和提供基础服务，是应用程序与硬件之间的中间层。其功能复杂且关键，对于进程管理主要可分为以下几大核心功能:

1. 进程创建与销毁：内核负责启动新进程（如用户双击应用程序）、终止无用进程（如用户关闭程序），并管理进程的状态（就绪、运行、阻塞等）
2. 进程调度：通过调度算法（如时间片轮转、优先级调度、多级反馈队列等），决定哪个进程获得 CPU 资源，实现多任务并发执行（宏观上多个程序同时运行）
3. 线程管理：现代内核支持线程（轻量级进程），负责线程的创建、调度和同步,减少进程切换的开销

二. 进程（process）

(一)定义

在操作系统中一段程序运行起来就叫做进程
进程的属性由进程控制块PCB组织起来，是一个很大的结构体，这是因为大多操作系统是由C语言写的
进程是操作系统资源分配的基本单位

(二)PCB

属性：

1. PID： 一段进程的身份标识符，每个进程都拥有独特的PID
   
2. 内存指针： 进程运行过程中需要内存资源，所以要知道对应的指令位置及指令数据所存储的地址
3. 文件描述符表：进程运行过程中需要和各种资源来打交道（硬盘，网卡等），操作系统会把这些资源的数据以文件的形式来组织
4. 状态：进程状态分为两种->
   就绪状态：进程正在CPU运行或者已准备好随时都可以去CPU运行的状态
   阻塞状态：CPU切换运行该进程受阻，该状态下进程不能到CPU上运行
5. 优先级：每个进程都有对应的优先级，由操作系统来决定
6. 上下文：现代CPU是靠切换形式来实现多进程的并发执行，所以每次该进程的指令运行一部分后，将执行状态从寄存器写入内存中保存，接着切换到另一进程执行另一进程的指令，等待一段时间后切换到该进程时，要从内存中读取该进程上一次执行状态到寄存器，然后从该位置继续执行
7. 记账信息：记录每个进程使用CPU的时间和资源大小，确保不会让某一进程长时间吃不到CPU资源

三. 线程（Thread）

线程相比于进程是一个轻量级进程
每个线程相当于进程中的一段运行指令
线程与线程之间会相互影响，引起线程安全问题
一个进程中，多个线程共用创建进程时分配的资源，省去了调用资源与分配资源及销毁资源的过程
线程中拥有与调度相关的属性：状态，优先级，上下文，记账信息
线程是操作系统调度执行的基本单位
一个进程包含多个线程

四. 进程与线程的区别

进程	线程
操作系统资源分配的基本单位	操作系统调度执行的基本单位
进程与进程之间串行执行互不影响	线程与线程之间可能会相互影响
一个进程包含可能包含多个线程，开辟进程与销毁进程CPU开销比较大	线程的创建会共享进程的资源配置（内存/网络），是一个轻量级进程
一个进程就是一个程序	一个线程就是一段运行指令
进程包含线程	线程属于进程的一部分
进程有⾃⼰的内存地址空间	线程只独享指令流执⾏的必要资源，如寄存器和栈