多进程与多线程(2)
进程与线程的概念
进程
进程是怎样产生的？
早期的计算机系统只允许一次执行一个程序。是什么情况呢？就是你写好程序，载入计算机，然后输入，得到输出。下次还是这样。
现代计算机系统允许将多个程序载入内存，并发执行，所以要求对各种程序提供更严格的控制和更好的划分。这些需求产生了进程的概念，即执行中的程序。进程是现代分时系统的工作单元。（这是我抄的操作系统概念上的）
有这样一个面试题，程序和进程有什么区别？
一句话概括，进程是执行中的程序，是程序的一个实例。
进程是动态的，程序是静态的。程序包括了代码段，但是进程还包括了堆栈段和数据段。一个程序可以和多个进程对应，而这多个进程可以不一样，甚至可以完全不一样。
进程由代码，数据和进程控制块(PCB Process Control Block)组成。
我还是喜欢用比喻来解释进程。
猥琐的比喻
一个计算机系统就是一串进程，它们在等CPU为它服务。我们可以把这些进程看成人。最开始的批处理系统，一旦一个人占了CPU，那么他就让CPU给他服务完，不管时间长短。现在不同了，每个人让CPU服务一会，然后就得走，到后面再排队。
这个系统到底是怎么个情况呢？
这个系统里有好多队伍。有些人找CPU服务前，需要把礼物准备好，比如你得到硬盘里取点好东西给CPU看（哈哈，好东西），那先到硬盘那排队吧，硬盘队伍很长，因为要看好东西的人太多了，等着吧。
（进程有五个状态，new, stop, ready, run, wait, 前两个没用，ready是等待CPU的，run是在享受CPU的，wait是在等I/O或者其他事件的，每个I/O设备都会有个等待队列的）
一切准备都就绪了，才可以让CPU服务，这些人都在排队等CPU服务，如果CPU为每个人服务1分钟，那么公平的方法就是一个人被服务完后接着排到最后边。不过这个世界是不公平的哦。有的人马上就要等到CPU了，结果CPU说，你后边那个先过来（原来他爸是李刚）。还有更厉害的，你正在被服务着，后面突然来了一个人，说：“滚开，我先来，我爸拿着原子弹的钥匙“。好吧，让他先来吧。其实李刚的儿子比较惨，他大部分时间都在准备礼物，然后CPU只给他服务一小会，所以让他优先级高一点吧。
(进程调度算法，有些进程是cpu intensive的，有些是I/O intensive的，后面就是李刚的儿子，大部分时间都在等I/O，比如等待键盘输入，例如scanf("%d,%d",&a,&b); a=a+b; printf("%d\n",a);。这段代码的I/O时间远远大于CPU时间，所以给人家优先级高点吧。还有的人有他爸拿着原子弹钥匙，CPU要是不给他服务，那他把你炸了，这就是系统中一些重要性较高的事件，不处理会出问题。Linux里将优先级叫nice，nice越低，优先级越高，nice越高，优先级越低，其实就是好人的优先级低的意思，哈哈）
这些个人是怎么来的呢？男娲造的。最开始只有男娲。男娲造了几个人。然后这些人又造人，注意哦，这些人只有父亲没有母亲，一个人就可以生孩子了。与我们这些地球人不同，生了孩子不是为了养，而是为了让他们干活，可恶啊。孩子多了，可以多占CPU啊。举个最简单的例子，原先队伍有10个人，而且这10个人都是屁民，平分CPU。但是我太聪明了，我马上生了90个孩子，现在100个人平分，我和我的孩子占了91/100的CPU，哈哈哈哈哈哈哈。不过这时候CPU受不了了，被这一家子蹂躏死了。于是上帝又派了几个CPU去，并且一个CPU同时服务多个人（我想到了一个很邪恶很邪恶的比喻）。
（最开始只有一个进程，它创建了其他几个进程，然后这些进程又创建子进程。在实际的系统中，有些父进程与子进程关系好，比如Linux中使用fork后子进程继续使用父进程的代码，继承父亲的愿望。有些子进程产生后就与父亲断绝关系，比如fork后使用exec把原来的内存空间全给替换了，没有了父亲的基因。）
线程
为什么会出现线程呢？
用多进程完成一项任务时，它们往往需要合作，需要共享数据和通信。而进程之间进行通信和数据共享是比较麻烦的，而且开销比较大。而且多进程的产生不是为了让多进程共同完成一件事，是为了可以同时干很多事。而多线程是为了同时干一件事。
在操作系统概念上提到了4点多线程编程的优点：
响应度高：一个交互程序使用多线程，例如多线程web浏览器，一个线程载入图像，一个与用户交互。（和多进程比优势不明显）
资源共享：线程默认共享所属进程的内存和资源
经济：创建进程所需要的内存和资源分配比较昂贵。而线程创建和切换十分快。例如，对于Solaris，进程创建比进程切换要慢30倍，而进程切换要比线程切换慢5倍。
多处理器体系结构的利用：多线程的优点之一是充分使用多处理器体系结构。（优势不明显）
线程是CPU使用的基本单元，它由线程ID，程序计数器，寄存器集合和栈组成。它与属于同一进程的其他线程共享代码段，数据段和其他操作系统资源，如打开文件和信号。
多线程模型
操作系统上的多线程模型讲的比较抽象，难于理解。尤其是它讲的是一般意义上的模型，而不针对特定操作系统。比如有些人在理解用户线程和内核线程时，老是结合Linux来理解，这样就把概念混了。
用户线程：受内核支持，而无需内核管理
内核线程：直接由操作系统支持和管理
在用户线程和内核线程之间必然存在一种联系。
用户线程和内核线程有三种关系：多对一，一对一，多对多。
上面几句话是操作系统概念里的，容易让人产生误导，比如有人认为，多对一模型里，用户层有多个线程，而且内核层还有一个线程，实际上不是这样的。
多对一模型
将多个用户级线程映射到一个内核线程。线程管理在用户空间进行，效率较高。但是如果一个线程执行了阻塞系统调用，那么整个进程会阻塞。而且，任何时刻只有一个线程使用CPU，多个线程也不能运行在多CPU上。
什么意思呢？先不考虑线程，内核眼里只有进程，而且是重量级进程。而这其中的进程有些是多线程的。比如现在有3个进程A,B,C。其中A，B是单线程，C有3个线程。
那么，CPU是在A，B，C之间平分的，比如每个人用5秒，轮到C了，CPU一看，我靠，有三个人要蹂躏我，CPU说，你们上吧，一次只能一个，但是只有５秒钟。这三个人说，我擦，太快了，有个老大说，你们靠边，我来。。。
一对一模型
将每个用户线程映射到一个内核线程。该模型在一个线程执行阻塞系统调用时，能允许另一个线程继续执行。它能允许多个线程并行的运行在多处理器系统上。缺点是一个用户线程就对应着一个内核线程，而且这种线程在创建和切换时开销较大。而且总的线程数是受限制的。
这种模型是什么模型呢？还是拿三个进程A，B，C举例子。C有三个线程，C1，C2，C3。在一对一的模型中，CPU看到的是A, B, C1,C2,C3这样五个东西，这里进程C占了3/5的CPU。这不是和进程一样吗？实际上就是进程，这样的线程称为轻量级线程。
Linux里面就是这种模型。Linux的clone函数在创建进程时有很多参数，可以选择共享地址空间等。比如下面4个参数：
CLONE_FS 共享文件系统信息 CLONE_SIGHAND 共享信号处理程序 CLONE_VM 共享内存空间 CLONE_FILES 共享打开文件列表
Linux里的线程就是通过指定这几个参数来创建的。
多对多模型
还是用A, B, C的例子，这次C有4个线程，假设对应2个内核线程，CPU看到的是这样的东西。A, B , C1, C2。而实际C的四个线程是c1,c2,c3,c4。那么轮到C1了，4个人可以上，但是得一个一个的，轮到C2了，4个人又可以上了。假如c1在C1阶段将CPU惹生气了，需要买点礼物给CPU，CPU不把气撒在c1上，因为它不知道c1，它只知道C1，因此CPU生C1的气，等C1给我礼物我再让你享受，C1里面实际上是c1要去买礼物，但是这样就连累了c2,c3,c4。不过，咱们是多对多，C1被 CPU抛弃了，还有C2呢，于是c2,c3,c4就在C2阶段享受CPU了。
上面是多对多的一般模型。还有一种模型称为二级模型。
是什么意思呢？
上面的c1,c2,c3,c4在C1,C2里都能跑。现在不行了，c1,c2,c3可以在C1上跑，c4与C2绑定了。从宏观上讲，这个进程是多对多，但是里面实际上存在一对一，或者多对一，还有一般的多对多。