进程与线程

xiaoxiao2021-02-28  67

【描述】线程和进程是一个老生常谈的话题,线程和进程的区别和优缺点有哪些?线程最多可以开多少个?

【解析】

1 区别

 线程是CPU调度的最小单位,进程是资源分配的最小单位。进程是线程的容器,真正完成代码执行的是线程,而进程则作为线程的执行环境。在32位的Windows操作系统中,系统要为每一个进程分配私有的232=4GB的虚拟地址空间。但实际上只有2GB的空间被用户分区使用,另外2GB空间被用于内核代码、设备驱动程序等内核分区。在进程中,线程共享用户分区这一地址空间。

2 优缺点

在Windows系统中,对于多进程程序而言,系统要为进程分配私有的4GB虚拟地址空间,占用的资源较多。而对于多线程的程序,多线程共享同一进程的地址空间,因此占用的资源较少。当进程切换时,需要交换整个地址空间,而线程之间切换只是执行环境的改变,因此效率较高。整体而言,在Windows系统中,多线程优于多进程,毕竟Windows系统是从多线程开始的。

在Linux系统中,采用POSIX标准,Unix家族都是从多进程过来的。多进程调度开销比多线程调度开销,没有显著区别。

一个形象的比喻,

多进程是立体交通系统,虽然造价高,上坡下坡多耗点油,但是不堵车。

多线程是平面交通系统,造价低,但红绿灯太多,老堵车。

所谓的耗油多是指CPU的主频,但现在主频已不是问题,而内存也是越来越大。我们更希望行车过程畅通无阻。

3 线程栈

线程栈用于维护线程在执行代码时需要的所有函数参数和局部变量。在32位的系统中,进程中,线程最多能开多少个?

这个没有固定的答案,

线程的个数 =  进程用户空间/线程栈的大小。

在Windows平台默认的栈大小为1M,以此计算,理论上,可以开辟2GB/1M=2048个线程。但实际上,是无法做到的。因为有其他部分的消耗。

在Linux平台,如Fedora 10,利用ulimit -a指令可以查看堆栈的大小,结果为

stack size              (kbytes, -s) 10240 也就是10M。以此计算,最多开辟2GB/10MB=204个线程。另外查阅文档,反映Linux平台的栈默认大小应该是8192KB,而不是10M。

 

【实例剖析】

到底可以开多少个,不妨测试一下:

测试环境:Fedora10+虚拟机+512MB(虚拟内存估计是1024MB)

test.c

[html]  view plain  copy #include <stdio.h>   #include <stdlib.h>   #include <pthread.h>   #include <assert.h>      void *start_routine(void *param)   {       int data = *(int *)param;       printf("%s:%d\n", __func__, data);       return NULL;   }      #define THREADS_NR 1024   void create_test_threads()   {       int i = 0;       int ret1 = 0;       void *ret2 = NULL;          pthread_t ids[THREADS_NR] = {0};              for(i = 0; i < THREADS_NR; i++)       {           ret1 = pthread_create(ids + i, NULL, start_routine, &i);       }          for(i = 0; i < THREADS_NR; i++)       {           pthread_join(ids[i], &ret2);       }          return ;   }      int main(int argc, char **argv)   {       create_test_threads();          return 0;   }  

Makefile

[html]  view plain  copy src = test.c   target = test   temp = $(wildcard *~)   flag = PTHREAD_TEST      all:$(src)       gcc -g -pthread -D$(flag) $^ -o $(target)      clean:       rm $(temp) $(target)  

运行结果

[html]  view plain  copy start_routine:300   start_routine:301   start_routine:302   start_routine:303   start_routine:304   段错误  

 

实验证实在该的环境中,最多可以开辟305个线程。利用GDB调试:

gdb test

[html]  view plain  copy start_routine:303   [Thread 0xbe409b90 (LWP 11075) exited]   [New Thread 0xbee0ab90 (LWP 11076)]   start_routine:304   [Thread 0xbee0ab90 (LWP 11076) exited]   [New Thread 0xbf80bb90 (LWP 11077)]   start_routine:565   [Thread 0xbf80bb90 (LWP 11077) exited]      Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.   0x00581b07 in pthread_join () from /lib/libpthread.so.0   Missing separate debuginfos, use: debuginfo-install glibc-2.9-2.i686   (gdb) bt   #0  0x00581b07 in pthread_join () from /lib/libpthread.so.0   #1  0x0804859f in create_test_threads () at test1.c:29   #2  0x080485d1 in main () at test1.c:37   (gdb) frame 1   #1  0x0804859f in create_test_threads () at test1.c:29   29          pthread_join(ids[i], &ret2);   (gdb) p ret1   $4 = 11   (gdb) p ret2   $5 = (void *) 0x0  

错误发生在创建时,错误码为11

查看errno.h

利用find查看路劲

(1)  find / -name errno.h 2>/dev/null

[html]  view plain  copy /usr/src/kernels/2.6.27.5-117.fc10.i686/include/linux/errno.h   /usr/src/kernels/2.6.27.5-117.fc10.i686/include/asm-x86/errno.h   /usr/src/kernels/2.6.27.5-117.fc10.i686/include/asm-generic/errno.h  

(2) 查看源文件

执行

cat /usr/src/kernels/2.6.27.5-117.fc10.i686/include/asm-generic/errno.h

发现11定义在同级目录下errno-base.h文件

查看

cat  /usr/src/kernels/2.6.27.5-117.fc10.i686/include/asm-generic/errno-base.h

[html]  view plain  copy #define EAGAIN          11      /* Try again */  

利用man pthread_create查看,

[html]  view plain  copy ERRORS          The pthread_create() function shall fail if:             EAGAIN The system lacked the  necessary  resources  to  create  another                 thread,  or  the  system-imposed  limit  on  the total number of                 threads in a process {PTHREAD_THREADS_MAX} would be exceeded.             EINVAL The value specified by attr is invalid.             EPERM  The caller does not  have  appropriate  permission  to  set  the                 required scheduling parameters or scheduling policy.             The  pthread_create()  function  shall  not  return  an  error  code of          [EINTR].             The following sections are informative.  

说明是内存不足的问题。

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