?當(dāng)一個(gè)程序開始執(zhí)行后，在開始執(zhí)行到執(zhí)行完畢退出這段時(shí)間內(nèi)，它在內(nèi)存中的部分就叫稱作一個(gè)進(jìn)程。

Linux 是一個(gè)多任務(wù)的操作系統(tǒng)，也就是說，在同一時(shí)間內(nèi)，可以有多個(gè)進(jìn)程同時(shí)執(zhí)行。我們大家常用的單CPU計(jì)算機(jī)實(shí)際上在一個(gè)時(shí)間片段內(nèi)只能執(zhí)行一條指令。

那么Linux是如何實(shí)現(xiàn)多進(jìn)程的同時(shí)執(zhí)行的呢？原來Linux使用了一種稱為” 進(jìn)程調(diào)度 “的手段，首先，為每個(gè)進(jìn)程指派一定的運(yùn)行時(shí)間，這個(gè)時(shí)間通常很短，短到以毫秒為單位，然后依照某種規(guī)則，從眾多的進(jìn)程中挑選一個(gè)投入運(yùn)行，其他進(jìn)程暫時(shí)等待，當(dāng)正在運(yùn)行的那個(gè)進(jìn)程時(shí)間耗盡，或者執(zhí)行完畢退出，或因某種原因暫停，Linux就會(huì)重新調(diào)度，挑選一個(gè)進(jìn)程投入運(yùn)行，因?yàn)槊總€(gè)進(jìn)程占用的時(shí)間片段都很短，從使用者的角度來看，就好像多個(gè)進(jìn)程同時(shí)運(yùn)行一樣。

在Linux中，每個(gè)進(jìn)程在創(chuàng)建的時(shí)都會(huì)被分配一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為進(jìn)程控制塊（PCB）。PCB中包含了很多重要的信息，供系統(tǒng)調(diào)度和進(jìn)程本事執(zhí)行使用，其中最重要的莫過于進(jìn)程的ID，進(jìn)程的ID也被稱為進(jìn)程標(biāo)示符，是一個(gè)非負(fù)的整數(shù)，在Linux操作性系統(tǒng)中唯一的標(biāo)志一個(gè)進(jìn)程。在最常使用的I386架構(gòu)上，一個(gè)非負(fù)的整數(shù)的取值是0~32767，這也是我們所可能取到的進(jìn)程ID，它就是進(jìn)程的身份證號碼。

僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生

僵尸進(jìn)程就是已經(jīng)結(jié)束的進(jìn)程，但是還沒有從進(jìn)程表中刪除。僵尸進(jìn)程太多會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程表里面條目滿了，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，倒是不占用系統(tǒng)資源。

在進(jìn)程的狀態(tài)中，僵尸進(jìn)程是非常特殊的一種，它已經(jīng)放棄了幾乎所有的內(nèi)存空間，沒有任何可執(zhí)行代碼，也不能被調(diào)度，僅僅在進(jìn)程列表中保留一個(gè)為位置，記載該進(jìn)程的退出狀態(tài)等信息供其他進(jìn)程收集，除此之外，僵尸進(jìn)程不再占用任何內(nèi)存空間，它需要它的父進(jìn)程來給它收尸，如果父進(jìn)程沒安裝SIGCHLD信號處理函數(shù)調(diào)用wait或waitpid（）等待子進(jìn)程結(jié)束，又沒有顯示的忽略該信號，那么它就一直處于僵尸狀態(tài)。如果父進(jìn)程結(jié)束了，那么init進(jìn)程會(huì)自動(dòng)接手這個(gè)子進(jìn)程，為它收尸，他還是能夠被清除的。但是如果父進(jìn)程是一個(gè)循環(huán)，不會(huì)結(jié)束，那么子進(jìn)程就一直處于僵尸狀態(tài)。

僵尸進(jìn)程產(chǎn)生的原因:

每個(gè)Linux進(jìn)程在進(jìn)程表中都有一個(gè)進(jìn)入點(diǎn)（Entry），核心程序在執(zhí)行該進(jìn)程時(shí)使用到的一切信息都存儲(chǔ)在進(jìn)入點(diǎn)。當(dāng)使用ps命令查看系統(tǒng)中的進(jìn)程信息時(shí)，看到的就是進(jìn)程表中的相關(guān)數(shù)據(jù)。

當(dāng)fork系統(tǒng)調(diào)用建立一個(gè)新的進(jìn)程以后，核心進(jìn)程就會(huì)在進(jìn)程表中給這個(gè)新進(jìn)程分配一個(gè)進(jìn)入點(diǎn)，然后將相關(guān)信息存儲(chǔ)在該進(jìn)入點(diǎn)所對應(yīng)的進(jìn)程表中，這些信息中有一項(xiàng)是父進(jìn)程的識(shí)別碼。

當(dāng)這個(gè)進(jìn)程走完了自己的生命周期后，它會(huì)執(zhí)行exit（）系統(tǒng)調(diào)用，此時(shí)原來進(jìn)程表中的數(shù)據(jù)會(huì)被該進(jìn)程的退出碼、執(zhí)行時(shí)所用的CPU時(shí)間等數(shù)據(jù)所取代，這些數(shù)據(jù)會(huì)一直保留到系統(tǒng)將它傳遞給它的父進(jìn)程為止。由此可見，僵尸進(jìn)程的出現(xiàn)時(shí)間實(shí)在子程序終止后，但是父進(jìn)程尚未讀取這些數(shù)據(jù)之前。

如何避免僵尸進(jìn)程

1、父進(jìn)程通過wait和waitpid等函數(shù)等待子進(jìn)程結(jié)束，這會(huì)導(dǎo)致父進(jìn)程掛起

2、如果父進(jìn)程很忙，那么可以用signal函數(shù)為SIGCHLD安裝handler，因?yàn)樽舆M(jìn)程結(jié)束后，父進(jìn)程會(huì)收到該信號，可以在handler中調(diào)用wait回收。

3、如果父進(jìn)程不關(guān)心子進(jìn)程什么時(shí)候結(jié)束，那么可以用“singal（SIGCHLD），SIG_IGN”通知內(nèi)核，自己對子進(jìn)程的結(jié)束不感興趣，那么子進(jìn)程結(jié)束后，內(nèi)核會(huì)回收，并不再給父進(jìn)程發(fā)送信號。

4、還有一些技巧，就是fork（）兩次，父進(jìn)程fork一個(gè)子進(jìn)程，然后繼續(xù)工作，子進(jìn)程fork一個(gè)孫進(jìn)程后退出，那么孫進(jìn)程被init接管，孫進(jìn)程結(jié)束后，init會(huì)回收，不過子進(jìn)程回收還要自己做。

進(jìn)程 PK 線程

我們先打個(gè)比方，多線程是十字路口多線程是平面交通系統(tǒng)，造價(jià)低，但是紅綠燈多，老堵車，而多進(jìn)程是則是立交橋，雖然造價(jià)高，上下坡多耗油，但是不堵車。這是一個(gè)抽象的概念。相信大家看完會(huì)有這種感覺。

進(jìn)程和線程是兩個(gè)相對的概念，通常來說，一個(gè)進(jìn)程可以定義程序的一個(gè)實(shí)例（Instance）。在Win32中，進(jìn)程并不執(zhí)行什么，它只是占據(jù)應(yīng)用程序所使用的地址空間。為了讓進(jìn)程完成一定的工作，進(jìn)程必須至少占有一個(gè)線程，正是這個(gè)線程負(fù)責(zé)包含進(jìn)程地址空間中的代碼。

實(shí)際上，一個(gè)進(jìn)程可以包含幾個(gè)線程，它們可以同時(shí)執(zhí)行進(jìn)程地址空間中的代碼。為了做到這一點(diǎn)，每個(gè)線程有自己的一組CPU寄存器和堆棧。每個(gè)進(jìn)程中至少有 一個(gè)線程在執(zhí)行其地址空間中的代碼。如果沒有線程執(zhí)行進(jìn)程地址空間中的代碼，進(jìn)程也就沒有繼續(xù)存在的理由，系統(tǒng)將自動(dòng)清除進(jìn)程及其地址空間。

多線程的實(shí)現(xiàn)原理

創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程時(shí)，它的第一個(gè)線程稱為主線程（Primary thread），由系統(tǒng)自動(dòng)生成。然后可以由這個(gè)主線程生成額外的線程，而這些線程，又可以生成更多的線程。在運(yùn)行一個(gè)多線程的程序時(shí)，從表面上看，這些線程似乎在同時(shí)運(yùn)行。而實(shí)際情況并非如此，為了運(yùn)行所有的這些線程，操作系統(tǒng)為每個(gè)獨(dú)立線程安排一些CPU時(shí)間。

單CPU操作系統(tǒng)以時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式向線程提供時(shí)間片（Quantum），每個(gè)線程在使用完時(shí)間片后交出控制，系統(tǒng)再將CPU時(shí)間片分配給下一個(gè)線程。由于每個(gè)時(shí)間片足夠的短，這樣就給人一種假象，好像這些線程在同時(shí)運(yùn)行。創(chuàng)建額外線程的唯一目的就是盡可能地利用CPU時(shí)間。

多線程的問題

使用多線程編程可以給程序員帶來很大的靈活性，同時(shí)也使原來需要復(fù)雜技巧才能解決的問題變得容易起來。但是，不應(yīng)該人為地將編寫的程序分成一些碎片，讓這些碎片按各自的線程執(zhí)行，這不是開發(fā)應(yīng)用程序的正確方法。

線程很有用，但當(dāng)使用線程時(shí)，可能會(huì)在解決老問題的同時(shí)產(chǎn)生新問題。例如要開發(fā)一個(gè)字處理程序，并想讓打印功能作為單獨(dú)的線程自己執(zhí)行。這聽起來是很好的主意，因?yàn)樵诖蛴r(shí)，用戶可立即返回，開始編輯文檔。

但這樣一來，在該文檔被打印時(shí)文檔中的數(shù)據(jù)就有可能被修改，打印的結(jié)果就不再是所期望的內(nèi)容。也許最好不要把打印功能放在單獨(dú)的線程中，不過如果一定要用多線程的話，也可以考慮用下面的方法解決：第一種方法是鎖定正在打印的文檔，讓用戶編輯其他的文檔，這樣在結(jié)束打印之前，該文檔不會(huì)作任何修改；另一個(gè)方法可能更有效一些，即可以把該文檔拷貝到一個(gè)臨時(shí)文件中，打印這個(gè)臨時(shí)文件的內(nèi)容，同時(shí)允許用戶對原來的文檔進(jìn)行修改。

當(dāng)包含文檔的臨時(shí)文件打印完成時(shí)，再刪去這個(gè)臨時(shí)文件。通過上面的分析可以看出，多線程在幫助解決問題的同時(shí)也可能帶來新問題。因此有必要弄清楚，什么時(shí)候需要?jiǎng)?chuàng)建多線程，什么時(shí)候不需要多線程。總的來說，多線程往往用于在前臺(tái)操作的同時(shí)還需要進(jìn)行后臺(tái)的計(jì)算或邏輯判斷的情況。

線程的分類

在MFC中，線程被分為兩類，即工作線程和用戶界面線程。如果一個(gè)線程只完成后臺(tái)計(jì)算，不需要和用戶交互，那么可以使用工作線程；如果需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)處理用戶界面的線程，則應(yīng)使用用戶界面線程。這兩者的主要區(qū)別在于，MFC框架會(huì)給用戶界面線程增加一個(gè)消息循環(huán)，這樣用戶界面線程就可以處理自己消息隊(duì)列中的消息。

這樣看來，如果需要在后臺(tái)作一些簡單的計(jì)算（如對電子表格的重算），則首先應(yīng)考慮使用工作線程，而當(dāng) 后臺(tái)線程需要處理比較復(fù)雜的任務(wù)，確切地說，當(dāng)后臺(tái)線程的執(zhí)行過程會(huì)隨著實(shí)際情況的不同而改變時(shí)，就應(yīng)該使用用戶界面線程，以便能對不同的消息作出響應(yīng)。

線程的優(yōu)先級

當(dāng)系統(tǒng)需要同時(shí)執(zhí)行多個(gè)進(jìn)程或多個(gè)線程時(shí)，有時(shí)會(huì)需要指定線程的優(yōu)先級。線程的優(yōu)先級一般是指這個(gè)線程的基優(yōu)先級，即線程相對于本進(jìn)程的相對優(yōu)先級和包含此線程的進(jìn)程的優(yōu)先級的結(jié)合。

操作系統(tǒng)以優(yōu)先級為基礎(chǔ)安排所有的活動(dòng)線程，系統(tǒng)的每一個(gè)線程都被分配了一個(gè)優(yōu)先級，優(yōu)先級的范圍從0到31。運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)簡單地給第一個(gè)優(yōu)先級為31的線程分配CPU時(shí)間，在該線程的時(shí)間片結(jié)束后，系統(tǒng)給下一個(gè)優(yōu)先級為31的線程分配CPU時(shí)間。當(dāng)沒有優(yōu)先級為31的線程時(shí)，系統(tǒng)將開始給優(yōu)先級為30的線程分配CPU時(shí)間，以此類推。

除了程序員在程序中改變線程的優(yōu)先級外，有時(shí)程序在執(zhí)行過程中系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)地動(dòng)態(tài)改變線程的優(yōu)先級，這是為了保證系統(tǒng)對終端用戶的高度響應(yīng)性。比如用戶按了鍵盤上的某個(gè)鍵時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)臨時(shí)將處理WM_KEYDOWN消息的線程的優(yōu)先級提高2到3。CPU按一個(gè)完整的時(shí)間片執(zhí)行線程，當(dāng)時(shí)間片執(zhí)行完畢后，系統(tǒng)將該線程的優(yōu)先級減1。

線程的同步

在使用多線程編程時(shí)，還有一個(gè)非常重要的問題就是線程同步。所謂線程同步是指線程之間在相互通信時(shí)避免破壞各自數(shù)據(jù)的能力。同步問題是由前面說到的Win32系統(tǒng)的CPU時(shí)間片分配方式引起的。

雖然在某一時(shí)刻，只有一個(gè)線程占用CPU（單CPU時(shí)）時(shí)間，但是沒有辦法知道在什么時(shí)候，在什么地方線程被打斷，這樣如何保證線程之間不破壞彼此的數(shù)據(jù)就顯得格外重要。在MFC中，可以使用4個(gè)同步對象來保證多線程同時(shí)運(yùn)行。它們分別是臨界區(qū)對象（CCriticalSection）、互斥量對象（CMutex）、信號量對象（CS emaphore）和事件對象（CEvent）。

在這些對象中，臨界區(qū)對象使用起來最簡單，它的缺點(diǎn)是只能同步同一個(gè)進(jìn)程中的線程。另外，還有一種基本的方法，本文稱為線性化方法，即在編程過程中對一定數(shù)據(jù)的寫操作都在一個(gè)線程中完成。這樣，由于同一線程中的代碼總是按順序執(zhí)行的，就不可能出現(xiàn)同時(shí)改寫數(shù)據(jù)的情況。

總結(jié)：

在線程中（相對與進(jìn)程而言），線程是一個(gè)更加接近執(zhí)行體的概念，它可以與同進(jìn)程的其他線程共享數(shù)據(jù)，但擁有自己的棧空間，擁有獨(dú)立的執(zhí)行序列。這兩者都可以提高程序的并發(fā)度，提高程序運(yùn)行的效率和響應(yīng)的時(shí)間。

線程和進(jìn)程在使用上各有優(yōu)缺點(diǎn)：線程執(zhí)行開銷小，但不利于資源管理和保護(hù)；而進(jìn)程正好相反。根本的區(qū)別就一點(diǎn)：用多進(jìn)程每個(gè)進(jìn)程有自己的地址空間，線程則共享地址空間，在速度方面：線程產(chǎn)生的速度快，線程間的通訊快，切換快等，因?yàn)樗麄冊谕坏刂房臻g內(nèi)。

在資源利用率方面：線程的資源率比較好也是因?yàn)樗麄冊谕坏刂房臻g內(nèi)。 在同步方面：線程使用公共變量/內(nèi)存時(shí)需要使用同步機(jī)制，因?yàn)樗麄冊谕坏刂房臻g內(nèi)進(jìn)程中：子進(jìn)程是父進(jìn)程的復(fù)制品，子進(jìn)程獲得父進(jìn)程數(shù)據(jù)空間、堆和棧的復(fù)制品。

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來源 | 民工哥Linux運(yùn)維

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總結(jié)

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