線程、進程、多線程、多進程和多任務之間的關系可以從定義、區(qū)別和聯(lián)系三個方面進行詳細解釋。?

定義和區(qū)別

?進程?：進程是資源分配的最小單位，代表程序執(zhí)行時的一個具體實例。進程擁有獨立的內(nèi)存空間，是操作系統(tǒng)進行資源分配和調度的基本單位。例如，一個廚師在制作蛋糕的過程可以被視為一個進程，包括閱讀食譜、準備原料和烘制蛋糕等步驟?12。

?線程?：線程是進程中的一個執(zhí)行流，是程序執(zhí)行的最小單位。線程共享進程的資源，但不擁有獨立的內(nèi)存空間。線程由線程ID、當前指令指針、寄存器集合和堆棧組成。例如，在制作蛋糕的過程中，攪拌面糊和打發(fā)蛋清可以視為兩個不同的線程?12。

聯(lián)系和區(qū)別

?多線程?：一個進程可以包含多個線程，這些線程并發(fā)執(zhí)行不同的任務，共享進程的資源。多線程可以提高程序的并發(fā)性和效率，但需要處理線程間的同步和通信問題?23。

?多進程?：多個進程可以同時運行在不同的內(nèi)存空間中，每個進程獨立運行，互不影響。多進程適用于需要高度隔離的應用場景，但開銷較大，資源利用率較低?4。

?多任務?：多任務是指在同一時間內(nèi)運行多個任務或程序。在單CPU時代，多任務通過時間片輪轉的方式實現(xiàn)，而在多核CPU時代，多個任務可以真正并行執(zhí)行?5。

實際應用場景

?多線程應用?：適用于需要高并發(fā)處理的應用，如Web服務器、數(shù)據(jù)庫管理等。多線程可以充分利用CPU資源，提高響應速度。

?多進程應用?：適用于需要高度隔離的應用場景，如分布式計算、大數(shù)據(jù)處理等。每個進程獨立運行，互不影響，適合處理大規(guī)模數(shù)據(jù)和復雜計算任務。

首先，從定義開始，先看一下教科書上進程和線程定義：

進程：資源分配的最小單位。 線程：程序執(zhí)行的最小單位。

進程

進程是程序執(zhí)行時的一個實例，即它是程序已經(jīng)執(zhí)行到課中程度的數(shù)據(jù)結構的匯集。從內(nèi)核的觀點看，進程的目的就是擔當分配系統(tǒng)資源(CPU時間、內(nèi)存等)的基本單位。

舉例說明進程：

想象一位有一手好廚藝的計算機科學家正在為他的女兒烘制生日蛋糕，他有做生日蛋糕的食譜，廚房里有所需的原料:面粉、雞蛋、糖、香草汁等。在這個比喻中，做蛋糕的食譜就是程序(即用適當形式描述的算法)計算機科學家就是處理器(CPU)，而做蛋糕的各種原料就是輸入數(shù)據(jù)。

進程就是廚師閱讀食譜、取來各種原料以及烘制蛋糕等一系列動作的總和。現(xiàn)在假設計算機科學家的兒子哭著跑了進來，說他的頭被一只蜜蜂蟄了。計算機科學家就記錄下他照著食譜做到哪兒了(保存進程的當前狀態(tài))，然后拿出一本急救手冊，按照其中的指示處理蟄傷。這里，我們看到處理機制是從一個進程(做蛋糕)切換到另一個高優(yōu)先級的進程(實施醫(yī)療救治)，每個進程擁有各自的程序(食譜和急救手冊)。當蜜蜂蟄傷處理完之后，這位計算機科學家又回來做蛋糕，從他離開時的那一步繼續(xù)做下去。

線程

線程是CPU調度的最小單位(程序執(zhí)行流的最小單元)，它被包含在進程之中，是進程中的實際運作單元。一條線程是進程中一個單一順序的控制流，一個進程中可以并發(fā)多個線程，每條線程并行執(zhí)行不同的任務。

一個標準的線程有線程ID、當前指令指針(PC),寄存器集合和堆棧組成。另外，線程是進程中的一個實體，是被系統(tǒng)獨立調度和分派的基本單元，線程自己不擁有系統(tǒng)資源，只擁有一點兒在運行中必不可少的資源，但它可與同屬一個進程的其他線程共享進程所擁有的全部資源。一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程，同一進程中的多個線程之間可以并發(fā)執(zhí)行。由于線程之間的相互制約，致使線程在運行中呈現(xiàn)處間斷性。

線程也有就緒、阻塞和運行三種基本狀態(tài)。就緒狀態(tài)是指線程具備運行的所有條件，邏輯上可以運行，在等待處理機;運行狀態(tài)是指線程占有處理機正在運行;阻塞狀態(tài)是指線程在等待一個事件(如某個信號量)，邏輯上不可執(zhí)行。每一個程序都至少有一個線程，若程序只有一個線程，那就是程序本身。

舉例說明線程：

假設，一個文本程序，需要接受鍵盤輸入，將內(nèi)容顯示在屏幕上，還需要保存信息到硬盤中。若只有一個進程，勢必造成同一時間只能干一樣事的尷尬(當保存時，就不能通過鍵盤輸入內(nèi)容)。若有多個進程，每個進程負責一個任務，進程A負責接收鍵盤輸入的任務，進程B負責將內(nèi)容顯示在屏幕上的任務，進程C負責保存內(nèi)容到硬盤中的任務。這里進程A，B，C間的協(xié)作涉及到了進程通信問題，而且有共同都需要擁有的東西——-文本內(nèi)容，不停的切換造成性能上的損失。若有一種機制，可以使任務A，B，C共享資源，這樣上下文切換所需要保存和恢復的內(nèi)容就少了，同時又可以減少通信所帶來的性能損耗，那就好了。這種機制就是線程。

總的來說：進程有獨立的地址空間，線程沒有單獨的地址空間(同一進程內(nèi)的線程共享進程的地址空間)。

多進程

進程是程序在計算機上的一次執(zhí)行活動，當你運行一個程序，你就啟動了一個進程。顯然，程序是死的(靜態(tài)的)，進程是活的(動態(tài)的)。

進程可以分為系統(tǒng)進程和用戶進程，凡是用于完成操作系統(tǒng)的各種功能的進程就是系統(tǒng)進程，它們就是處于運行狀態(tài)下的操作系統(tǒng)本身;所有由用戶啟動的進程都是用戶進程。進程是操作系統(tǒng)進行資源分配的單位。進程又被細化為線程，也就是一個進程下有多個能獨立運行的更小的單位。在同一個時間里，同一個計算機系統(tǒng)中如果允許兩個或兩個以上的進程處于運行狀態(tài)，這便是多任務?，F(xiàn)代的操作系統(tǒng)幾乎都是多任務操作系統(tǒng)，能夠同時管理多個進程的運行。

多任務帶來的好處是明顯的，比如你可以邊聽網(wǎng)易云音樂，一邊上網(wǎng)，與此同時甚至可以將下載的文檔打印出來，而這些任務之間絲毫不會相互干擾。那么這里就涉及到并行的問題，俗話說，一心不能二用，這對計算機也一樣，原則上一個CPU只能分配給一個進程，以便運行這個進程。我們通常使用的計算機中只有一個CPU，也就是說只有一顆心，要讓它一心多用，同時運行多個進程，就必須使用并發(fā)技術。實現(xiàn)并發(fā)技術相當復雜，最容易理解的是“時間片輪轉進程調度算法”，它的思想簡單介紹如下：在操作系統(tǒng)的管理下，所有正在運行的進程輪流使用CPU，每個進程允許占用CPU的時間非常短(比如10毫秒)，這樣用戶根本感覺不出來 CPU是在輪流為多個進程服務，就好像所有的進程都在不間斷地運行一樣。

但實際上在任何一個時間內(nèi)有且僅有一個進程占有CPU。如果一臺計算機有多個CPU，情況就不同了，如果進程數(shù)小于CPU數(shù)，則不同的進程可以分配給不同的CPU來運行，這樣，多個進程就是真正同時運行的，這便是并行。

并行處理(Parallel Processing)是計算機系統(tǒng)中能同時執(zhí)行兩個或更多個處理的一種計算方法。并行處理可同時工作于同一程序的不同方面。并行處理的主要目的是節(jié)省大型和復雜問題的解決時間。并發(fā)處理(concurrency Processing)：指一個時間段中有幾個程序都處于已啟動運行到運行完畢之間，且這幾個程序都是在同一個處理機(CPU)上運行，但任一個時刻點上只有一個程序在處理機(CPU)上運行。

多線程

線程是程序中一個單一的順序控制流程。進程內(nèi)一個相對獨立的、可調度的執(zhí)行單元，是系統(tǒng)獨立調度和分派CPU的基本單元。在單一程序中同時運行多個想成完成不同的工作，稱為多線程。

多線程是為了使得多個線程并行的工作以完成多項任務，以提高系統(tǒng)的效率。線程是在同一時間需要完成多項任務的時候被實現(xiàn)的。打個比方：

多進程是立體交通系統(tǒng)(近似于立交橋)，雖然造價高，上坡下坡多耗點油，但是不堵車。

多線程是平面交通系統(tǒng)，造價低，但紅綠燈太多，老堵車。

線程與進程的關系

(1)一個線程只能屬于一個進程，而一個進程可以有多個線程，但至少有一個線程;

(2)資源分配給進程，同一進程內(nèi)的所有線程共享該進程的所有資源;

(3)線程在執(zhí)行過程中需要協(xié)作同步。不同進程中的線程之間要利用消息通信的方法實現(xiàn)同步;

(4)處理機分配給線程，即真正在處理機上運行的是線程;

(5)線程是進程的一個執(zhí)行單元，也是進程內(nèi)的可調用實體。

線程和進程的區(qū)別

(1)線程共享內(nèi)存空間;進程的內(nèi)存是獨立的;

(2)同一個進程的線程之間可以直接交流;兩個進程想通信，必須通過一個中間代理來實現(xiàn);

(3)創(chuàng)建新進程很簡單;創(chuàng)建新進程需要對其父進程進行一個克隆;

(4)一個線程可以控制和操作同一進程里的其他線程;但是進程只能操作子進程;

(5)改變注線程(如優(yōu)先權)，可能會影響其他線程;改變父進程，不影響子進程。

(6)調度：線程作為分配和調度的基本單位，進程作為擁有資源的基本單位

(7)并發(fā)性：不進進程之間可以并發(fā)執(zhí)行，同一進程內(nèi)的線程也可以并發(fā)執(zhí)行

(8)擁有資源：進程是擁有資源的一個獨立單位，線程不擁有系統(tǒng)資源，但是可以訪問隸屬于進程的系統(tǒng)資源

(9)系統(tǒng)開銷：在創(chuàng)建和撤銷進程的時候，系統(tǒng)都要分配和回收資源，導致系統(tǒng)的明顯大于創(chuàng)建和撤銷線程時的開銷。但進程有獨立的地址空間，進程崩潰后，在保護模式的下不會對其他進程造成影響，而線程只是進程中的不同執(zhí)行路徑。線程有自己的堆棧和局部變量，但線程之間沒有獨立的地址空間，一個線程死后就等于整個進程死掉，所以多進程程序要比多線程程序健壯，但是在進程切換的時候消耗的資源較大，效率差。

根本區(qū)別就一點：用多進程每個進程有自己的地址空間(address space)，線程則共享地址空間。

總結：多線程執(zhí)行效率高; 多進程耗資源，安全。

線程與進程的關系

線程與進程之間存在密切的聯(lián)系。一個線程只能隸屬于一個進程，而一個進程可以包含多個線程，但至少包含一個線程。在資源分配方面，進程是資源分配的基本單位，同一進程內(nèi)的所有線程共享該進程的所有資源。然而，不同進程中的線程之間需要利用消息通信的方式進行同步。處理機的分配也是給線程的，真正在處理機上運行的是線程實體。因此，線程可以被視為進程的一個執(zhí)行單元或可調用實體。

線程與進程的對比

線程與進程在多個方面存在顯著差異。首先，線程共享內(nèi)存空間，而進程則擁有獨立的內(nèi)存空間。其次，同一進程內(nèi)的線程可以直接進行交流，而不同進程間的通信則必須通過中間代理實現(xiàn)。再者，創(chuàng)建新進程的過程相對復雜，因為它需要對父進程進行克隆;相比之下，創(chuàng)建新線程則較為簡單。此外，線程可以控制和操作同一進程內(nèi)的其他線程，而進程則只能操作其子進程。值得注意的是，改變一個線程的屬性(如優(yōu)先權)可能會影響到其他線程，但改變父進程的屬性則不會影響子進程。

在調度方面，線程被視為分配和調度的基本單位，而進程則是擁有資源的基本單位。同時，線程與進程在并發(fā)性和資源擁有方面也存在差異。多進程系統(tǒng)提供了更高的安全性，因為每個進程都有獨立的地址空間。一旦進程崩潰，其崩潰結果不會影響到其他進程。然而，多進程程序在資源消耗和切換效率方面可能不如多線程程序。

操作系統(tǒng)在調度切換多個線程時的速度，遠快于切換調度進程。進程間由于內(nèi)存無法共享，導致通信變得復雜。而線程間因共享進程內(nèi)存空間，數(shù)據(jù)交換變得異常便捷。在創(chuàng)建或撤消進程時，系統(tǒng)需為其分配或回收資源，這使得系統(tǒng)開銷明顯高于創(chuàng)建或撤消線程時的開銷。

線程的優(yōu)點包括其高效的多任務操作方式。在Linux系統(tǒng)下，啟動新進程需分配獨立地址空間并建立數(shù)據(jù)表，這成本高昂。而線程則共享地址空間和數(shù)據(jù)，啟動成本低，切換速度也更快。此外，線程間方便的通信機制、對多CPU系統(tǒng)的有效利用，以及改善程序結構等優(yōu)點，都使得線程成為一種強大的技術。

然而，線程也存在一些缺點。在調度時，保存線程狀態(tài)和頻繁切換會占用大量時間。同時，程序設計上需注意線程同步問題，以避免出錯。此外，多線程環(huán)境下，每個線程與主程序共用地址空間，可能受限于2GB地址空間;線程間的同步和加鎖控制也較為復雜;一個線程的崩潰可能影響整個程序的穩(wěn)定性。

多線程的優(yōu)點在于其無需跨進程邊界，程序邏輯和控制方式簡潔。所有線程可直接共享內(nèi)存和變量等資源，消耗的總資源也優(yōu)于進程方式。但多線程同樣面臨一些挑戰(zhàn)，如每個線程與主程序的地址空間限制、線程同步和加鎖控制的復雜性，以及一個線程崩潰可能導致的整個程序穩(wěn)定性問題。

3)當線程數(shù)達到一定數(shù)量后，即便增加CPU也無法進一步提升性能。例如，在Windows Server 2003系統(tǒng)中，當線程堆棧設定為1M時，大約1500個線程便已接近性能極限。若將線程堆棧增加至2M，也難以突破這一限制。

4)線程所能提升的性能有限，且隨著線程數(shù)量的增多，線程本身的調度會變得復雜，消耗更多的CPU資源。

進程是獨立的執(zhí)行單位

在嵌入式系統(tǒng)中，進程是指一個獨立的執(zhí)行單位，擁有獨立的地址空間和資源。每個進程都是相互獨立的，一個進程的崩潰不會影響其他進程的執(zhí)行。進程之間通過進程間通信(IPC)來進行數(shù)據(jù)交換和同步。

線程是進程的執(zhí)行單元

線程是進程的一部分，是進程內(nèi)的執(zhí)行單元。一個進程可以包含多個線程，這些線程共享進程的地址空間和資源。線程間的切換比進程間的切換開銷更小，因此多線程在嵌入式系統(tǒng)中常用于提高系統(tǒng)的并發(fā)性和響應速度。

多線程是在同一進程內(nèi)并發(fā)執(zhí)行多個線程

多線程是指在同一進程內(nèi)同時運行多個線程，這些線程共享進程的資源。通過合理利用多線程，可以充分利用多核處理器的計算能力，提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力。在多線程編程中，需要注意線程間的同步和互斥，以避免數(shù)據(jù)競爭和死鎖等問題。

多進程是在不同進程間并發(fā)執(zhí)行多個進程

多進程是指在不同進程間同時運行多個進程，每個進程擁有獨立的地址空間和資源。多進程可以提供更高的隔離性和穩(wěn)定性，但進程間的通信開銷較大，因此在嵌入式系統(tǒng)中需要權衡選擇。常見的多進程通信方式包括管道、消息隊列、共享內(nèi)存等。

多任務是指系統(tǒng)可以同時處理多個任務

在嵌入式開發(fā)中，多任務是指系統(tǒng)具備同時處理多個任務的能力。這些任務可以是多線程或多進程，也可以是其他形式的任務。多任務可以提高系統(tǒng)的吞吐量和資源利用率，使系統(tǒng)能夠高效地處理多個任務。在多任務系統(tǒng)中，需要考慮任務的優(yōu)先級、調度算法和資源管理等問題，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

綜上所述，線程和進程各有其獨特的優(yōu)缺點。線程執(zhí)行效率高，而進程則在安全性和資源管理方面表現(xiàn)出色。在多道程序設計環(huán)境中，進程的并發(fā)執(zhí)行和資源共享能力得到了充分利用，從而提高了系統(tǒng)的整體效率和資源利用率。