c/cpp - 多线程/进程 基础

1. 概念

1.1 程序

代码、指令，静态的

1.2 任务

具体要做的实景，可以是基于进程、或基于线程

1.3 多任务

例如：当执行的程序执行I/O操作时，操作系统会将CPU资源分配给其他等待执行的程序

两种类型的多任务
基于进程：基于进程的多任务处理，是程序的并发执行
基于线程：基于线程的多任务处理，是同一程序的片段的并发执行

1.4 进程

进程：正在执行的应用程序，多任务操作系统可以控制各个进程的执行状态，如：终止某个正在执行的进程，启动某个暂停执行的进程
是动态的，程序的实例化
操作系统负责为每个进程分配独立的内存和其他资源（I/o设备，文件等）
进程执行完毕后，操作系统会将进程占用的资源全部回收

补充-早期多进程

早期的做任务操作系统，是以进程为单位管理各个程序的运行以及计算机的分配和回收
缺点：

1. 操作系统将CPU资源从一个进程分配给另一个进程时，开销较大
2. 各个进程占用的内存空间相互独立，进程间通信难度大
3. 一个进程可能会执行多个任务（子任务），当某个任务因I/O操作暂停执行时，其他任务将无法执行（在无多线程的情况下）

1.5 线程

为解决早起多进程缺点，引入线程

线程：执行应用程序中的某个具体任务（进程：正在执行的应用程序）（具体任务：一段程序等）
一个进程可以有多个线程，线程之间共享进程的资源

1.5 线程/进程

进程之间独立
进程内为多个线程提供资源
进程内多个线程共享资源
进程内每个线程不同的具体任务
进程内各个线程可以拥有自己的独立私有资源

每个进程执行前，操作系统会为其分配所需的资源：程序代码、数据、内存空间、文件资源等
一个进程必须包含至少一个线程（主线程）

/*
公司（程序1）：一个多进程的程序进程1（工厂1）- 线程1（工人1）- 线程2（工人2）进程2（工厂2）- 线程3（工人3）- 线程4（工人4）
*/

应用程序/系统资源

操作系统支持同时执行多个应用程序，为避免多个应用程序访问系统资源(文件资源、I/O设备、网络等)时产生冲突，操作系统会将可能产生冲突的系统资源保护起来，阻止应用程序直接访问
应用程序需要访问系统资源时，需要调用系统API

并发/并行/同步/异步

• 并发

计算机能够同时执行多项任务；
并发的形式有许多不同：

单核处理器：时间分片的形式，一个任务执行一段时间，也就是任务交替进行。也被称为进程或者线程的上下文切换
多核处理器：在多个核心上，真正并行的执行任务，也就是以并行的形式实现并发

• 并行

多核心并行执行任务

• 同步

同步：必须等到前一个任务执行完毕之后，才能执行下一个任务
在同步中，没有并发和并行的概念

• 异步

不同任务之间，并不会相互等待，先后执行（即在执行任务A的时候，也可以同时执行任务B）
也就多线程编程

补充

多线程编程：多核心并发，适用于计算密集型应用程序
单线程异步编程：强制单核心并发，适用于I/O操作密集型应用程序