進程、程序、線程、多線程、并發(fā)、并行詳解

        本人初入golang開發(fā)方向，目前剛?cè)腴T。在代碼開發(fā)過程中，需要提前了解一下進程、線程、多線程、并發(fā)、并行等專業(yè)知識的概念。

        首先，并行與并發(fā)都是程序多線程處理場景，因此，一旦提到并行與并發(fā)，那首先想到的是多線程。

        那么說到多線程，首先要了解一下什么是進程，什么是線程？

進程

        狹義理解就是操作系統(tǒng)中一段程序的執(zhí)行過程。那么廣義上，進程是指一個具有一定獨立功能的程序操作系統(tǒng)中關(guān)于某個數(shù)據(jù)集合進行的一次運行活動。是操作系統(tǒng)程序動態(tài)執(zhí)行的基本單元。在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)中，進程既是一個操作系統(tǒng)的基本分配單元，也是操作系統(tǒng)的基本執(zhí)行單元。

      1、首先，進程是一個實體，每一個進程都有自己對應的系統(tǒng)分配的內(nèi)存地址，一般情況下，包括文本區(qū)域（text region）、數(shù)據(jù)區(qū)域（data region）和堆棧（stack region）。文本區(qū)域存儲處理器執(zhí)行的代碼；數(shù)據(jù)區(qū)域存儲變量和進程執(zhí)行期間使用的動態(tài)分配的內(nèi)存；堆棧區(qū)域存儲著活動過程調(diào)用的指令和本地變量；

     2、進程可以理解為一個正在執(zhí)行的程序，程序是一個靜態(tài)的沒有生命體征的實體，而經(jīng)過操作系統(tǒng)處理對其賦予生命時(即調(diào)用程序執(zhí)行操作)，這個程序才可以變?yōu)橐粋€活動的、有生命體征的實體，即進程。

     3、進程共有三種狀態(tài)：就緒、阻塞和運行。

        （1）、就緒態(tài)：就緒狀態(tài)是指程序已達到可以運行的狀態(tài)，只等CPU分配資源就可以運行的狀態(tài)。

        （2）、阻塞態(tài)：當程序運行條件沒有滿足時，需要等待條件滿足時候才能執(zhí)行時所處的狀態(tài)，如等待i/o操作時候，此刻的狀態(tài)就叫阻塞態(tài)。

        （3）、運行態(tài)：進程占用CPU，并在CPU上運行。即程序正在運行時所處的狀態(tài)。

        進程狀態(tài)轉(zhuǎn)換在此處不在贅述，請看下一篇文章。

程序

    程序是指系統(tǒng)指令和數(shù)據(jù)的有序集合，是一個靜態(tài)的實體，不存在運行狀態(tài)的概念。

    進程與程序的概念：

    1、進程是程序運行所處的狀態(tài)實體名稱，是一個動態(tài)概念。

    2、進程包含程序，進程的執(zhí)行離不開程序，二進程的文本區(qū)域就是代碼區(qū)，即程序存儲的區(qū)域。

線程

    線程是進程中執(zhí)行運算的最小單元，是操作系統(tǒng)執(zhí)行處理機制的基本單位。每個進程至少有一個線程，線程可以利用進程所擁有的資源執(zhí)行調(diào)度和運算。

      在引入線程的操作系統(tǒng)中，通常都是把進程作為分配資源的基本單位，而把線程作為獨立運行和獨立調(diào)度的基本單位，線程可以在一個進程中進行切換，占用資源開銷小，能更高效的提高系統(tǒng)多個程序間并發(fā)執(zhí)行的程度。

      線程既可以有操作系統(tǒng)內(nèi)核控制調(diào)度，也可以由用戶程序控制調(diào)度。

進程與線程的對比

    1、進程是操作系統(tǒng)資源分配的基本單位，所有與該進程有關(guān)的資源，均會被記錄在進程控制塊PCB中，以表示該進程所擁有的資源。同一進程下的所有線程共享該進程下的所有資源。

    2、線程是分配處理機的基本單位，與系統(tǒng)資源分配無關(guān)。事實上，正在在處理機上運行的是線程，并非進程。

    3、一個線程只能屬于一個進程，而一個進程可以有多個線程，但至少有一個線程。

    4、線程在執(zhí)行的時候需要協(xié)作同步，不同進程的線程間要利用消息通信方法實現(xiàn)同步。

進程與線程的關(guān)系

    1、進程將CPU資源分給線程，即真正在CPU上運行的是線程。

    2、操作資源分配給進程，同一進程的所有線程共享該進程的所有資源。

多進程

    在同一個時間里，同一個計算機系統(tǒng)中如果允許兩個或兩個以上的進程處于運行狀態(tài)，這便是多任務（多進程）?，F(xiàn)代的操作系統(tǒng)幾乎都是多進程操作系統(tǒng)，能夠同時管理多個進程的運行。 多進程帶來的好處是明顯的。但是多進程對于系統(tǒng)的資源要求甚高，資源浪費也比較嚴重。應用多進程場景最多的是windows系統(tǒng)，例如同時打開運行軟件，每個軟件打開相當于運行一個進程。

多線程

   在一段完整的代碼中，往往會有需要獨立的代碼模塊，而這些獨立運行的程序片段叫作“線程”（Thread），利用多個線程編程的概念就叫作多線程處理(多線程編程)，多線程是為了同步完成多項任務，不是為了提高運行效率，而是為了提高資源使用效率來提高系統(tǒng)的效率。多線程是在程序在同一時間需要完成多項任務的時候?qū)崿F(xiàn)的。多線程的目的僅僅是為了提高資源利用效率。各個線程執(zhí)行自己的任務，這些線程可以”同時進行“。同時進行并非同一時刻進行，而是在某一時間段內(nèi)，完成所有任務，任務的運行有先后順序。

并發(fā)

     并發(fā)的實質(zhì)是一個物理CPU(也可以多個物理CPU) 在若干道程序（或線程）之間多路復用，并發(fā)性是對有限物理資源強制行使多用戶共享以提高效率。

     微觀角度：所有的并發(fā)處理都有排隊等候，喚醒，執(zhí)行等這樣的步驟，在微觀上他們都是序列被處理的，如果是同一時刻到達的請求（或線程）也會根據(jù)優(yōu)先級的不同，而先后進入隊列排隊等候執(zhí)行。

     宏觀角度：多個幾乎同時到達的請求（或線程）在宏觀上看就像是同時在被處理。

    并發(fā)就是只有一個CPU資源，程序（或線程）之間要競爭得到執(zhí)行機會。圖中的第一個階段，在A執(zhí)行的過程中B，C不會執(zhí)行，因為這段時間內(nèi)這個CPU資源被A競爭到了，同理，第二個階段只有B在執(zhí)行，第三個階段只有C在執(zhí)行。其實，并發(fā)過程中，A，B，C并不是同時在進行的（微觀角度）。但又是同時進行的（宏觀角度）。

并行

    并行指兩個或兩個以上事件（或線程）在同一時刻發(fā)生，是真正意義上的不同事件或線程在同一時刻，在不同CPU資源上（多核），同時執(zhí)行。

    并行，不存在像并發(fā)那樣競爭CPU資源，等待執(zhí)行的概念，因為并行狀態(tài)下的線程分布在不同的CPU上。

    圖中，A，B，C都在同時運行（微觀，宏觀）。

通過多線程實現(xiàn)并發(fā)，并行

    1、在CPU比較繁忙，資源不足的時候（開啟了很多進程），操作系統(tǒng)只為一個含有多線程的進程分配僅有的CPU資源，這些線程就會為自己盡量多搶時間片，這就是通過多線程實現(xiàn)并發(fā)，線程之間會競爭CPU資源爭取執(zhí)行機會。

   2、 在CPU資源比較充足的時候，一個進程內(nèi)的多線程，可以被分配到不同的CPU資源，這就是通過多線程實現(xiàn)并行。

   3、至于多線程實現(xiàn)的是并發(fā)還是并行？上面所說，所寫多線程可能被分配到一個CPU內(nèi)核中執(zhí)行，也可能被分配到不同CPU執(zhí)行，分配過程是操作系統(tǒng)所為，不可人為控制。所有，如果有人問我我所寫的多線程是并發(fā)還是并行的？我會說，都有可能。

   4、不管并發(fā)還是并行，都提高了程序?qū)PU資源的利用率，最大限度地利用CPU資源。