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进程和线程

【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,

线程的大小 = 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:虚拟机+512MB(虚拟内存估计是1024MB)

test.c

[html]
#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; 

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

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]
start_routine:300 
start_routine:301 
start_routine:302 
start_routine:303 
start_routine:304 
段错误 

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]
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 

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]
/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 

/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.i6

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