### 9.3.2 進程與線程 操作系統控制處理器在多個程序之間切換執行的過程稱為調度。傳統的多任務操作系統是以進程為單位進行調度的。進程（process）是指程序的一次執行所形成的實體，每當程序 開始執行，就會創建一個進程。每個進程由程序代碼以及一些狀態信息（如進程數據的當前 值和當前執行點等）組成，狀態信息也稱為進程的上下文。 注意，程序與進程是不同的概念。首先，不同程序在計算機中執行，自然形成不同的進 程。其次，即使是同一個程序，當它在計算機中多次執行時，也會創建多個不同進程，這些 進程雖然具有相同的程序代碼，但各有自己的上下文。例如，在 Windows 中我們可以同時 運行多個記事本程序（notepad.exe），以便編輯多個文本文件。這時，在系統中就創建了多 個 notepad 進程①。 通常，操作系統通過劃分時間片來調度進程，各進程分時占有處理器來執行指令。從宏 觀上看，多個進程是在同時運行。這就是操作系統的多任務機制。如前所述，多進程并發執 行可以提高系統資源的利用率。 但是，多任務、多進程也有缺點。第一，實現多進程并發需要花費不少系統開銷。因為 每創建一個進程都要為它分配一些內存，以便存儲它的上下文；而操作系統在不同進程間進 行調度時需要保存和恢復進程上下文。第二，進程間通信比較困難。進程和進程是隔離的， 各進程擁有自己的地址空間，一個進程不能訪問另一個進程的地址空間，從而在進程之間很 難共享信息。因此，對于兩個需要傳遞信息的進程，相互通信很麻煩。 > ① Windows 用戶可以通過任務管理器來查看所有已創建的進程。 為了解決上述兩個問題，產生了線程的概念。傳統程序是從第一行指令一直執行到最后 一行指令，程序中只有一個控制流。這就像寫小說時，沿著唯一的故事線索推進。而所謂線程（thread），是指程序中的一段代碼，它構成程序中一個相對獨立的執行單位。線程概念 使我們可以從一個程序中分出多個控制流來執行多個任務，所以線程實際上是程序內部的多 任務機制。就好比一部小說在敘述過程中，同時存在著多個故事線索，多頭并進。圖 9.1 給 出了單線程與多線程的示意圖。   圖 9.1 單線程程序與多線程程序 線程的字面意義就是程序（在執行時就是進程）的一個執行“線索”，一個程序中可以 有多個執行線索。《三國演義》里講到龐統處理公務的故事，他“手中批判，口中發落，耳 內聽詞”，不到半天就把積攢了一百多天的事情都處理掉了。用本節術語來說，龐統就是采 用了多線程并發執行技術，所以能夠高效率地解決問題。 線程與進程既相似，也有明顯的區別。系統中的多個進程一般是由執行不同程序而創建 的，而多個線程是同一程序（進程）的多個執行流；多個進程的狀態是各自獨立的，而多線 程可以共享地址空間（代碼和上下文）；調度進程時上下文切換比多線程的上下文切換開銷 大；進程間通信比較麻煩，而線程之間通過共享內存很容易通信。 在單個處理器上，可通過分時搶占或者線程自身執行情況來實現多線程的并發執行。前 者由操作系統進行調度，后者由線程自己放棄控制（比如執行到一個休眠指令時）。不同線 程之間切換得非常快，因此在用戶看來各線程是在同時執行的。可見多線程與多任務、多進 程機制的實現技術是類似的。 在多處理器或多核處理器系統中，各處理器或內核都可以執行線程，從而多線程可以真 正地并行執行。由于多核處理器現已成為主流，因此了解并利用多線程技術對程序設計來說 變得越來越重要。