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面试题:进程管理之进程与线程基本区别及常见应用场景

请阐述进程与线程在资源分配、调度和并发性方面的基本区别,并举例说明在 Web 服务器应用场景中,进程和线程分别可能的使用方式。
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操作系统进程管理

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面试题答案

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资源分配方面

  • 进程:每个进程都有独立的地址空间,拥有自己的堆、栈、数据段等资源,进程间的资源相互隔离。例如,两个不同的进程A和进程B,它们各自运行的代码、使用的变量等资源完全独立,互不干扰。
  • 线程:线程共享所属进程的资源,如地址空间、堆等,线程自身只拥有少量必不可少的资源,如程序计数器、栈和寄存器等。比如在一个进程内的多个线程可以访问进程中的全局变量。

调度方面

  • 进程:进程是系统进行资源分配和调度的基本单位,调度开销相对较大。因为进程切换需要切换整个地址空间等大量资源。例如,从进程A切换到进程B,需要保存进程A的所有状态信息,加载进程B的相关资源和状态。
  • 线程:线程是CPU调度的基本单位,调度开销相对较小。由于线程共享进程资源,线程切换只需保存和恢复少量寄存器等信息。比如在同一进程内从线程1切换到线程2,相比进程切换要快很多。

并发性方面

  • 进程:进程之间的并发性是真正的并发,不同进程在多核CPU上可以并行执行。例如,在多核处理器上,进程A在一个核心上运行,进程B可以在另一个核心上同时运行。
  • 线程:线程之间的并发性也是并发执行,但由于线程共享进程资源,在多核CPU上同一进程内的多个线程也可以并行执行,并且由于线程间通信和同步开销小,在并发性的实现上比进程更高效。例如,一个包含多个线程的进程,多个线程可以同时在不同核心上执行不同任务。

Web服务器应用场景中使用方式

  • 进程方式:早期的Web服务器可能采用多进程模型。每个新的HTTP请求到来时,服务器创建一个新的进程来处理该请求。例如Apache服务器在某些配置下,每个请求由一个独立的子进程处理。这样每个请求处理进程相互隔离,一个请求处理出现错误不会影响其他请求处理。但缺点是进程创建和销毁开销大,资源占用多。
  • 线程方式:现代很多Web服务器采用多线程模型。服务器启动时创建一个线程池,当有HTTP请求到来,从线程池中分配一个线程来处理该请求。例如Nginx服务器可以使用多线程方式处理请求,线程共享进程资源,处理请求时可以快速访问进程内的缓存等数据,处理效率高,且线程创建和切换开销小。