程序與執行緒

程序和執行緒的區別

1. 定義

• 程序（Process）：是作業系統中資源分配的基本單位。每個程序有自己的獨立記憶體空間、檔案描述符、程式計數器等資源。程序之間是相互獨立的。
• 執行緒（Thread）：是作業系統排程的基本單位，一個程序可以包含多個執行緒，執行緒共享程序的記憶體空間和其他資源，但每個執行緒有自己的棧空間和程式計數器。

2. 記憶體空間

• 程序：程序有自己獨立的記憶體空間，一個程序不能直接訪問另一個程序的記憶體。
• 執行緒：執行緒共享程序的記憶體空間，可以直接訪問其他執行緒的資料。執行緒之間的通訊更快，但也更容易引起同步問題。

3. 資源開銷

• 程序：由於程序之間的獨立性，建立、銷燬程序的開銷較大，程序切換也需要更高的開銷（如上下文切換）。
• 執行緒：執行緒的建立、銷燬和切換的開銷相對較小，執行緒間的通訊速度也比程序間通訊快。

4. 排程

• 程序：作業系統透過程序排程器管理程序的執行。程序排程涉及較多的上下文切換。
• 執行緒：執行緒排程比程序排程更頻繁，尤其在多執行緒應用中，作業系統需要在各個執行緒之間快速切換。

5. 同步

• 程序：程序間通常透過IPC（如管道、訊號、訊息佇列、共享記憶體等）進行通訊和同步。
• 執行緒：執行緒間透過鎖（如互斥鎖、讀寫鎖）和條件變數等機制進行同步，防止競爭條件。

舉例：Linux中的程序和執行緒

1. 程序的例子

• sshd程序：在Linux系統中，sshd是Secure Shell Daemon的程序，負責管理遠端登入會話。每個使用者連線到伺服器時，sshd會為每個會話啟動一個新的程序。這些程序彼此獨立，互不干擾。
• init或systemd程序：這是Linux系統啟動後的第一個程序，負責啟動系統中所有其他的服務程序。init或systemd是整個系統的根程序，所有其他程序都是它的子程序。

2. 執行緒的例子

• Apache或Nginx中的執行緒：這些Web伺服器在處理HTTP請求時，會為每個請求建立一個新的執行緒。這些執行緒在同一個程序中執行，共享程序的資源，但獨立處理各自的請求。
• MySQL資料庫中的執行緒：MySQL資料庫在處理查詢時，會為每個客戶端連線建立一個新的執行緒。所有的查詢執行緒共享資料庫的快取和表結構資訊，但每個執行緒獨立執行SQL查詢。

Linux中的程序和執行緒管理

• 檢視程序：使用命令ps aux、top或htop可以檢視系統中執行的程序及其相關資訊。
• 檢視執行緒：可以使用ps -eLf來檢視執行緒。-L選項表示顯示執行緒，f表示顯示完整格式。
• 建立程序：使用fork()系統呼叫來建立一個新的程序。
• 建立執行緒：使用pthread_create()函式來建立一個新的執行緒。