多线程与多进程

转载：http://www.cnblogs.com/eavn/archive/2010/08/28/1811381.html

在Unix上编程采用多线程还是多进程的争执由来已久，这种争执最常见到在C/S通讯中服务端并发技术 的选型上，比如WEB服务器技术中，Apache是采用多进程的（perfork模式，每客户连接对应一个进程，每进程中只存在唯一一个执行线程）， Java的Web容器Tomcat、Websphere等都是多线程的（每客户连接对应一个线程，所有线程都在一个进程中）。

从Unix发展历史看，伴随着Unix的诞生进程就出现了，而线程很晚才被系统支持，例如Linux直到内核2.6，才支持符合Posix规范的NPTL线程库。进程和线程的特点，也就是各自的优缺点如下：

进程优点：编程、调试简单，可靠性较高。
进程缺点：创建、销毁、切换速度慢，内存、资源占用大。
线程优点：创建、销毁、切换速度快，内存、资源占用小。
线程缺点：编程、调试复杂，可靠性较差。

上面的对比可以归结为一句话：“线程快而进程可靠性高”。线程有个别名叫“轻量级进程”，在有的书籍资料上介绍线程可以十倍、百倍的效率快于进程； 而进程之间不共享数据，没有锁问题，结构简单，一个进程崩溃不像线程那样影响全局，因此比较可靠。我相信这个观点可以被大部分人所接受，因为和我们所接受 的知识概念是相符的。

在写这篇文章前，我也属于这“大部分人”，这两年在用C语言编写的几个C/S通讯程序中，因时间紧总是采用多进程并发技术，而且是比较简单的现场为 每客户fork()一个进程，当时总是担心并发量增大时负荷能否承受，盘算着等时间充裕了将它改为多线程形式，或者改为预先创建进程的形式，直到最近在网 上看到了一篇论文《Linux系统下多线程与多进程性能分析》作者“周丽 焦程波 兰巨龙”，才认真思考这个问题，我自己也做了实验，结论和论文作者的相似，但对大部分人可以说是颠覆性的。

下面是得出结论的实验步骤和过程，结论究竟是怎样的？ 感兴趣就一起看看吧。

 

实验代码使用周丽论文中的代码样例，我做了少量修改，值得注意的是这样的区别：

论文实验和我的实验时间不同，论文所处的年代linux内核是2.4，我的实验linux内核是2.6，2.6使用的线程库是NPTL，2.4使用的是老的Linux线程库（用进程模拟线程的那个LinuxThread）。

论文实验和我用的机器不同，论文描述了使用的环境：单 cpu 机器基本配置为:celeron 2.0 GZ, 256M, Linux 9.2,内核 2.4.8。我的环境是我的工作本本：单cpu单核celeron(R) M 1.5 GZ，1.5G内存，ubuntu10.04 desktop，内核2.6.32。

进程实验代码（fork.c）：

1. #include <stdlib.h>
2. #include <stdio.h>
3. #include <signal.h>
4.  
5. #define P_NUMBER 255    /* 并发进程数量 */
6. #define COUNT 100       /* 每进程打印字符串次数 */
7. #define TEST_LOGFILE "logFile.log"
8. FILE *logFile = NULL;
9.  
10. char *s = "hello linux\0";
11.  
12. int main()
13. {
14.     int i = 0,j = 0;
15.     logFile = fopen(TEST_LOGFILE, "a+"); /* 打开日志文件 */
16.     for(i = 0; i < P_NUMBER; i++)
17.     {
18.         if(fork() == 0) /* 创建子进程，if(fork() == 0){}这段代码是子进程运行区间 */
19.         {
20.             for(j = 0;j < COUNT; j++)
21.             {
22.                 printf("[%d]%s\n", j, s); /* 向控制台输出 */
23.                 fprintf(logFile,"[%d]%s\n", j, s); /* 向日志文件输出 */
24.             }
25.             exit(0); /* 子进程结束 */
26.         }
27.     }
28.  
29.     for(i = 0; i < P_NUMBER; i++) /* 回收子进程 */
30.     {
31.         wait(0);
32.     }
33.  
34.     printf("OK\n");
35.     return 0;
36. }

线程实验代码（thread.c）：

1. #include <pthread.h>
2. #include <unistd.h>
3. #include <stdlib.h>
4. #include <stdio.h>
5.  
6. #define P_NUMBER 255    /* 并发线程数量 */
7. #define COUNT 100       /* 每线程打印字符串次数 */
8. #define Test_Log "logFIle.log"
9. FILE *logFile = NULL;
10.  
11. char *s = "hello linux\0";
12.  
13. print_hello_linux() /* 线程执行的函数 */
14. {
15.     int i = 0;
16.     for(i = 0; i < COUNT; i++)
17.     {
18.         printf("[%d]%s\n", i, s); /* 向控制台输出 */
19.         fprintf(logFile, "[%d]%s\n", i, s); /* 向日志文件输出 */
20.     }
21.     pthread_exit(0); /* 线程结束 */
22. }
23.  
24. int main()
25. {
26.     int i = 0;
27.     pthread_t pid[P_NUMBER]; /* 线程数组 */
28.     logFile = fopen(Test_Log, "a+"); /* 打开日志文件 */
29.  
30.     for(i = 0; i < P_NUMBER; i++)
31.         pthread_create(&pid[i], NULL, (void *)print_hello_linux, NULL); /* 创建线程 */
32.  
33.     for(i = 0; i < P_NUMBER; i++)
34.         pthread_join(pid[i],NULL); /* 回收线程 */
35.  
36.     printf("OK\n");
37.     return 0;
38. }

两段程序做的事情是一样的，都是创建“若干”个进程/线程，每个创建出的进程/线程打印“若干”条“hello linux”字符串到控制台和日志文件，两个“若干”由两个宏 P_NUMBER和COUNT分别定义，程序编译指令如下：

diaoyf@ali:~/tmp1$ gcc -o fork fork.c
diaoyf@ali:~/tmp1$ gcc -lpthread -o thread thread.c

实验通过time指令执行两个程序，抄录time输出的挂钟时间（real时间）：

time ./fork
time ./thread

每批次的实验通过改动宏 P_NUMBER和COUNT来调整进程/线程数量和打印次数，每批次测试五轮，得到的结果如下：

一、重复周丽论文实验步骤

	第1次	第2次	第3次	第4次	第5次	平均
多进程	0m1.277s	0m1.175s	0m1.227s	0m1.245s	0m1.228s	0m1.230s
多线程	0m1.150s	0m1.192s	0m1.095s	0m1.128s	0m1.177s	0m1.148s

进程线程数：255 / 打印次数：100

	第1次	第2次	第3次	第4次	第5次	平均
多进程	0m6.341s	0m6.121s	0m5.966s	0m6.005s	0m6.143s	0m6.115s
多线程	0m6.082s	0m6.144s	0m6.026s	0m5.979s	0m6.012s	0m6.048s

进程线程数：255 / 打印次数：500

	第1次	第2次	第3次	第4次	第5次	平均
多进程	0m12.155s	0m12.057s	0m12.433s	0m12.327s	0m11.986s	0m12.184s
多线程	0m12.241s	0m11.956s	0m11.829s	0m12.103s	0m11.928s	0m12.011s

进程线程数：255 / 打印次数：1000

	第1次	第2次	第3次	第4次	第5次	平均
多进程	1m2.182s	1m2.635s	1m2.683s	1m2.751s	1m2.694s	1m2.589s
多线程	1m2.622s	1m2.384s	1m2.442s	1m2.458s	1m3.263s	1m2.614s

进程线程数：255 / 打印次数：5000

本轮实验是为了和周丽论文作对比，因此将进程/线程数量限制在255个，论文也是测试了255个进程/线程分别进行10 次,50 次,100 次,200 次……900 次打印的用时，论文得出的结果是：任务量较大时,多进程比多线程效率高;而完成的任务量较小时,多线程比多进程要快，重复打印 600 次时,多进程与多线程所耗费的时间相同。

虽然我的实验直到5000打印次数时，多进程才开始领先，但考虑到使用的是NPTL线程库的缘故，从而可以证实了论文的观点。从我的实验数据看，多线程和多进程两组数据非常接近，考虑到数据的提取具有瞬间性，因此可以认为他们的速度是相同的。

当前的网络环境中，我们更看中高并发、高负荷下的性能，纵观前面的实验步骤，最长的实验周期不过1分钟多一点，因此下面的实验将向两个方向延伸，第一，增加并发数量，第二，增加每进程/线程的工作强度。