Linux ：并发和并行，多线程和多进程，同步和异步的关系

1.进程、线程

（1）进程概念

进程是一个具有一定独立功能的程序在一个数据集上的一次动态执行的过程，是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位，是应用程序运行的载体。进程是一种抽象的概念，从来没有统一的标准定义。进程一般由程序，数据集合和进程控制块三部分组成。程序用于描述进程要完成的功能，是控制进程执行的指令集；数据集合是程序在执行时所需要的数据和工作区；程序控制块包含进程的描述信息和控制信息是进程存在的唯一标志。

进程具有的特征：

动态性：进程是程序的一次执行过程，是临时的，有生命期的，是动态产生，动态消亡的；

并发性：任何进程都可以同其他进行一起并发执行；

独立性：进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位；

结构性：进程由程序，数据和进程控制块三部分组成

 （2）线程概念

在早期的操作系统中并没有线程的概念，进程是拥有资源和独立运行的最小单位，也是程序执行的最小单位。任务调度采用的是时间片轮转的抢占式调度方式，而进程是任务调度的最小单位，每个进程有各自独立的一块内存，使得各个进程之间内存地址相互隔离。后来，随着计算机的发展，对CPU的要求越来越高，进程之间的切换开销较大，已经无法满足越来越复杂的程序的要求了。于是就发明了线程。

线程是程序执行中一个单一的顺序控制流程（即进程中的一条执行路径），是程序执行流的最小单元，是处理器调度和分派的基本单位。一个进程可以有一个或多个线程，各个线程之间共享程序的内存空间(也就是所在进程的内存空间)。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针PC，寄存器和堆栈组成。而进程由内存空间(代码，数据，进程空间，打开的文件)和一个或多个线程组成。

（3）区别

(1).进程是系统资源分配的基本单位，线程是cpu调度执行的基本单位。一个进程中包含多条线程。

(2).多进程中，进程之间的资源都是独立的，同一进程中的多份线程资源共享。

(3).线程更加轻便小巧，从而使线程调度、切换都比线程效率高。进程切换效率低，代价大；线程切换效率高，代价小

(4).进程    共享：代码段、公共数据、进程目录、进程ID

                私有：地址空间、堆、栈、全局变量、寄存器

    线程     共享：堆、地址空间、全局变量、静态变量

                 私有：线程栈、寄存器、程序寄存器

多进程之间资源不共享的，只有父子进程共享在fork()之前打开的文件描述符；多线程之间资源共享，只有栈区不共享

 2.多进程、多线程概念

（1）多进程

进程是程序在计算机上的一次执行活动。当你运行一个程序，你就启动了一个进程。凡是用于完成操作系统的各种功能的进程就是系统进程，而所有由你启动的进程都是用户进程。同理，多进程就是指计算机同时执行多个进程，一般是同时运行多个软件。

（2）多线程

线程是进程中的实际运行单位，是操作系统进行运算调度的最小单位。可理解为线程是进程中的一个最小运行单元。那么多线程就很容易理解：多线程就是指一个进程中同时有多个线程正在执行。

为什么要使用多线程？

• 在一个程序中，有很多的操作是非常耗时的，如数据库读写操作，IO操作等，如果使用单线程，那么程序就必须等待这些操作执行完成之后才能执行其他操作。使用多线程，可以在将耗时任务放在后台继续执行的同时，同时执行其他操作。
• 可以提高程序的效率。
• 在一些等待的任务上，如用户输入，文件读取等，多线程就非常有用了。

多线程的缺点：

• 使用太多线程，是很耗系统资源，因为线程需要开辟内存。更多线程需要更多内存。
• 影响系统性能，因为操作系统需要在线程之间来回切换。
• 需要考虑线程操作对程序的影响，如线程挂起，中止等操作对程序的影响。
• 线程使用不当会发生很多问题。

总结：多线程是异步的，但这不代表多线程真的是几个线程是在同时进行，实际上是系统不断地在各个线程之间来回的切换（因为系统切换的速度非常的快，所以给我们在同时运行的错觉）。

（3）区别

 

3.同步与互斥的概念：

现代操作系统基本都是多任务操作系统，即同时有大量可调度实体在运行。在多任务操作系统中，同时运行的多个任务可能：

都需要访问/使用同一种资源；

多个任务之间有依赖关系，某个任务的运行依赖于另一个任务。

【同步】：

是指散步在不同任务之间的若干程序片断，它们的运行必须严格按照规定的某种先后次序来运行，这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。最基本的场景就是：两个或两个以上的进程或线程在运行过程中协同步调，按预定的先后次序运行。比如 A 任务的运行依赖于 B 任务产生的数据。

【互斥】：

是指散步在不同任务之间的若干程序片断，当某个任务运行其中一个程序片段时，其它任务就不能运行它们之中的任一程序片段，只能等到该任务运行完这个程序片段后才可以运行。最基本的场景就是：一个公共资源同一时刻只能被一个进程或线程使用，多个进程或线程不能同时使用公共资源。

4. 高并发

高并发指的是是一种系统运行过程中遇到的一种“短时间内遇到大量操作请求”的情况，主要发生在web系统集中大量访问或者socket端口集中性收到大量请求（例如：12306的抢票情况；天猫双十一活动）。该情况的发生会导致系统在这段时间内执行大量操作，例如对资源的请求，数据库的操作等。如果高并发处理不好，不仅仅降低了用户的体验度（请求响应时间过长），同时可能导致系统宕机，严重的甚至导致OOM异常，系统停止工作等。如果要想系统能够适应高并发状态，则需要从各个方面进行系统优化，包括，硬件、网络、系统架构、开发语言的选取、数据结构的运用、算法优化、数据库优化……。

5.并发和并行、串行的区别

【并发】：

当有多个线程在操作时,如果系统只有一个CPU,把CPU运行时间划分成若干个时间段,分配给各个线程执行，在一个时间段的线程代码运行时，其它线程处于挂起状态。这种方式我们称之为并发(Concurrent)。同时接收到多个任务，同时执行多个任务，但是具体到某个时刻~只是在执行一个任 务，只是在很短时间内在多个任务之间切换，模拟形成了多个任务同时执行的现象。并发=间隔发生

【并行】：

当系统有一个以上CPU时,则线程的操作有可能非并发。当一个CPU执行一个线程时，另一个CPU可以执行另一个线程，两个线程互不抢占CPU资源，可以同时进行，这种方式我们称之为并行(Parallel)。   并行=同时进行

【串行】：

串行：就是传统意义上的同步、顺序的意思，按照一定的执行步骤顺序执行每个环节

6.进程同步、异步

同步/异步关注的是消息通知机制 (synchronous communication/ asynchronous communication) 。

【同步】:

所谓同步，就是在发出一个"调用"时，在没有得到结果之前，该“调用”就不返回。但是一旦调用返回，就得到返回值了。换句话说，就是由“调用者”主动等待这个“调用”的结果。

【异步】：

异步则是相反，调用在发出之后，这个调用就直接返回了，所以没有返回结果。换句话说，当一个异步过程调用发出后，调用者不会立刻得到结果。而是在"调用"发出后，"被调用者"通过状态、通知来通知调用者，或通过回调函数处理这个调用。

7.阻塞、非阻塞

阻塞/非阻塞关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状态在调用函数时的状态.

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。调用线程只有在得到结果之后才会返回。

非阻塞调用指在不能立刻得到结果之前，该调用不会阻塞当前线程。