Linux執行緒與程式的區別

Linux 系統中程式和執行緒是兩個非常重要的概念，他們是作業系統中併發處理的兩個基本執行單元。

 

一、執行緒與程式的簡介

 

程式是指作業系統中正在執行的一個程式或任務。它是作業系統中資源分配的最小單位，擁有獨立的記憶體空間、系統資源和程式程式碼。不同的程式之間是獨立的，彼此之間是相互隔離的。該隔離性使得程式能夠在相互獨立、互不干擾的環境下執行，保證資料的安全部分。

 

而執行緒是程式中的一部分，他們使用程式的上下文並共享程式的系統資源。執行緒執行的速度比程式更快，因為它們具有輕量級的特性，佔用資源更少，並且建立和撤銷執行緒的開銷較小。每個執行緒都獨立地執行，具有獨立的棧空間，而堆空間和程式碼空間都是共享的。因此，執行緒之間共享相同的環境，在這個環境下它們執行自己的任務。

 

二、執行緒與程式建立

 

在 Linux 中，程式的建立通常是透過 fork() 函式完成的。當一個程式建立 fork() 時，會建立一個與原始程式相同的程式，兩個程式都在獨立的地址空間中執行，但其記憶體內容相同。新的程式的第一個指令是它的父程式的 fork() 命令的下一條語句。程式可以透過 exec() 函式來載入新的程式碼，並使用其他程式或命令。

 

Linux 執行緒的建立是透過 pthread_create() 函式完成的。該函式需要傳遞執行緒屬性和執行函式兩個引數，其中執行緒屬性包括執行緒的優先順序、排程策略、棧大小等資訊。執行緒執行函式會在新的執行緒中執行，它可以是任何具有返回值和引數的函式。執行緒在執行時，必須顯式地呼叫 pthread_exit() 函式來終止執行。除此之外，我們還可以透過 pthread_join() 函式來等待執行緒的終止。

 

執行緒與程式的排程區別

 

程式的排程是由作業系統進行處理的。程式會在 CPU 計算時間片中被分配一個時間段進行執行。Linux 採用搶佔式排程演演算法，即當一個程式的時間片用完後，就由作業系統中斷其執行，然後分配 CPU 給其他程式，這就保證了計算機系統不會因為某個程式的執行而導致系統崩潰。

 

執行緒的排程是由程式排程演演算法執行的。一般來說，Linux 利用時間片輪轉排程演演算法進行多工處理。每個執行緒都有獨立的執行緒 ID、狀態等屬性。當一個程式中有多個執行緒執行時，它們之間可以同步或非同步地進行互動，使得多個執行緒可以協同完成一項任務。

 

資料安全的保證

 

Linux 程式保證資料安全的方法：

 

1. 程式隔離：Linux 作業系統為每個程式都分配了獨立的地址空間，不同程式之間的地址空間是相互獨立的，程式之間不會互相干擾，這樣可以保證每個程式的資料獨立性和安全性。

 

2. 程式許可權管理：Linux 系統中的每個程式都有相應的訪問許可權和許可權級別，程式只能訪問其具有許可權的資源。在 Linux 中，程式可以透過使用者和組的方式來進行訪問許可權管理，對於某些需要特定許可權的程式，可以使用 setuid 和 setgid 進行相應的許可權改變。

 

3. 程式間通訊機制：多個程式之間通訊需要使用特定的機通訊制，訊息傳遞的方式可以使用共享記憶體、訊號量、管道等方式。在使用這些通訊機制的時候，應注意鎖及同步的問題，避免出現資料競爭的情況，從而保證資料的安全性。

 

4. 使用者態和核心態：Linux 程式執行在使用者態下，只能訪問被允許的記憶體以及 CPU 能夠正常訪問的外圍裝置等資源。而核心態則是執行在核心模式下，具備更高的特權級別和更廣泛的訪問許可權，可以訪問所有的核心資源。程式只能透過系統呼叫方式來訪問核心態。

 

5. 安全策略：若程式某些資料需要被加密，可以使用公鑰/私鑰進行加密和解密，從而保證資料的安全性。此外，Linux 也提供了防火牆、安全策略、加密等多重手段來保證系統和程式的安全。

 

執行緒保證資料安全的方法

 

1. 使用執行緒同步機制：如互斥鎖、條件變數、訊號量等。多個執行緒之間可以透過同步機制來共享資源、避免競態條件、保證資料的安全性。

 

2. 使用原子操作：一些特定的操作，如賦值、自增、自減等，在 Linux 中可以透過原子操作來完成，從而保證執行原子操作的執行緒具有排他性，避免多個執行緒同時對同一資料進行操作導致資料不安全。

 

五、總結

 

綜上所述，程式和執行緒在 Linux 中佔據不同的地位和資源，並有各自的優缺點。程式之間更加獨立和安全，但資源佔用和通訊成本較高。執行緒之間可以輕鬆進行通訊、資源共享和快速切換，但同時也更易產生資料競爭等安全問題。對於不同的應用場景，我們需要合理選擇程式或執行緒進行開發和設計。