面試必問——進程與線程的區別

每個程序員都會遇到的面試問題:談談進程和線程的區別

當你剛入職場時,無論你是用C++還是Java甚至只是應聘運維崗位,相信你都會遇到這個問題。

這是一個很基礎的問題,但又是一個很考驗人水平的問題。

說基礎是因爲每個學計算機的人都應該懂,進程線程是計算機的基礎概念,是每個程序員時時刻刻都要接觸的東西。

但這又是一個充滿陷阱可以無限擴展和深入的一個問題。比如可以從操作系統知識擴展到計算機組成原理,可以從單線程擴展到併發編程,可以從併發編程深入到線程同步、線程安全、進程間通信等等。

那麼我們該如何回答好這個問題呢?

既然要談區別,那麼首先需要理解什麼是進程和線程。

1.計算機的核心是CPU,它承擔了所有的計算任務。它就像一座工廠,時刻在運行。
2.假定工廠的電力有限,一次只能供給一個車間使用。也就是說,一個車間開工的時候,其他車間都必須停工。背後的含義就是,單個CPU一次只能運行一個任務。
3.進程就好比工廠的車間,它代表CPU所能處理的單個任務。任一時刻,CPU總是運行一個進程,其他進程處於非運行狀態。
4.一個車間裏,可以有很多工人。他們協同完成一個任務。
5.線程就好比車間裏的工人。一個進程可以包括多個線程。
6.車間的空間是工人們共享的,比如許多房間是每個工人都可以進出的。這象徵一個進程的內存空間是共享的,每個線程都可以使用這些共享內存。
7.可是,每間房間的大小不同,有些房間最多隻能容納一個人,比如廁所。裏面有人的時候,其他人就不能進去了。這代表一個線程使用某些共享內存時,其他線程必須等它結束,才能使用這一塊內存。
8.一個防止他人進入的簡單方法,就是門口加一把鎖。先到的人鎖上門,後到的人看到上鎖,就在門口排隊,等鎖打開再進去。這就叫"互斥鎖"(Mutual exclusion,縮寫 Mutex),防止多個線程同時讀寫某一塊內存區域。
9.還有些房間,可以同時容納n個人,比如廚房。也就是說,如果人數大於n,多出來的人只能在外面等着。這好比某些內存區域,只能供給固定數目的線程使用。
10.這時的解決方法,就是在門口掛n把鑰匙。進去的人就取一把鑰匙,出來時再把鑰匙掛回原處。後到的人發現鑰匙架空了,就知道必須在門口排隊等着了。這種做法叫做"信號量"(Semaphore),用來保證多個線程不會互相沖突。不難看出,mutex是semaphore的一種特殊情況(n=1時)。也就是說,完全可以用後者替代前者。但是,因爲mutex較爲簡單,且效率高,所以在必須保證資源獨佔的情況下,還是採用這種設計。
11.操作系統的設計,因此可以歸結爲三點:
(1)以多進程形式,允許多個任務同時運行;
(2)以多線程形式,允許單個任務分成不同的部分運行;
(3)提供協調機制,一方面防止進程之間和線程之間產生衝突,另一方面允許進程之間和線程之間共享資源。

面試千萬不要用大白話

分條作答:

  • 進程。
    進程是程序的一次執行過程,是個動態概念。是程序在執行過程中分配和管理資源的基本單位,每個進程都有一個自己的地址空間。
  • 線程。
    線程是CPU調度和分派的基本單位,它可與同屬一個進程的其他線程共享進程的擁有的資源。
  • 區別
    1. 根本區別:進程是操作系統分配資源的基本單位,而線程是任務調度和執行的基本單位。
    2. 開銷方面:每個進程都有獨立的代碼和數據空間(程序上下文),程序之間切換會有較大的開銷;線程可看成是輕量級的進程,同一類線程共享代碼和數據空間,每個線程都有自己獨立的運行棧和程序計數器,線程之間切換開銷小。
    3. 內存分配方面:系統在運行時會爲每個進程分配不同的內存空間;而線程,除了CPU外,系統不會爲線程分配內存。
    4. 一個進程可以包含>=1個線程。

文章引自:大佬寫的太好了🙂https://www.cnblogs.com/jobbible/p/9766649.html#commentform。

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