为什么校招面试中“线程与进程的区别”老是被问到?我该如何回答?

进程与线程?(Process vs. Thread?)

面试官(正襟危坐中):给我说说“线程”与“进程”吧。

(总是不太聪明的样子):“限乘?”、“进什么城(程)?” 面试官:“操作系统中的进程与线程,你回去了解一下。门在左边,记得关门。”

当翻译过来后,这两个概念都带了个“程”字,但进程的英文:Process,而线程的英文:Thread,好像并没有什么联系。 大多数初学者一开始都会被这两个概念弄的晕头转向,包括我本人。

当你看完这篇文章,可能你就有了新的理解。 不信,你接着往下看看(不过在这之前,点个赞或关注好不好?)。

进程和线程基础(理论概念)

1. 定义

看了下面的定义,可能会有点晕,但我还是要把他写下来(为了严谨)。 进程是资源(CPU、内存等)分配的基本单位,具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动,进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 线程是进程的一个实体,是独立运行和独立调度的基本单位(CPU 上真正运行的是线程)。线程自己基本上不拥有系统资源,只拥有一点在运行中必不可少的资源(如程序计数器,一组寄存器和栈),但是它可与同属一个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。

2.区别

  1. 进程是资源分配的基本单位;线程是程序执行的基本单位。
  2. 进程拥有自己的资源空间,没启动一个进程,系统就会为它分配地址空间;而线程与 CPU 资源分配无关,多个线程共享同一进程内的资源,使用相同的地址空间。
  3. 一个进程可以包含若干个线程。

3. 优劣

正是因为这二者有区别,所以带来的各自的优劣

  1. 线程之间的通信更方便,同一进程下的线程共享全局变量、静态变量等数据,而进程之间的通信需要以通信的方式(Inter Process Communication,IPC)进行。不过如何处理好同步与互斥是编写多线程程序的难点。
  2. 线程的调度与切换比进程快很多,同时创建一个线程的开销也比进程要小很多。
  3. 但是多进程程序更健壮,多线程程序只要有一个线程死掉,整个进程也死掉了,而一个进程死掉并不会对另外一个进程造成影响,因为进程有自己独立的地址空间。

除此之外,推荐看一下阮一峰的一篇博客:进程与线程的一个简单解释,用图解释十分生动形象。

为什么这个问题是面试高频?

既然这个问题是面试当中会被经常问到的,所以我去网上找一个答案,背出来不就好了。

但是,真的背答案就可以了吗? 我们来分析一下为什么众多面试官老是问这个问题,他应该并不是想听到一个对书本上概念的重复。 那么,他究竟想考什么?

  1. 侧重点一:面试官想要了解面试者对这一知识点的理解程度(因为这是操作系统中不得不提的一个概念)。如果这个概念回答不上来,意味着面试者对操作系统的学习并不深。
  2. 侧重点二:面试官可以对你的回答作进一步展开,通过你的回答某个侧重点方向来进一步提问你对你自己回答的理解。(这个高频问题的价值所在)。

比如:

  • 当你回答到:进程与线程的内存结构不同。进程与进程之间不能共享内存,而线程可以。那么面试官就可以就内存这一点深入提问——内存如何寻址?
  • 当你回答:线程之间通信很方便,进程与进程通信不方便。那么问题就又来了,你给我说一下进程之间怎么通信?进程之间通信方法有哪些?不同通信方法有哪些优劣点?

一个更满意的答案?

如何作答,才能展示一个让面试官更满意的答案? 这里就不得不用张三丰教给张无忌的太极拳的那一招——忘掉。。。 对就是把上面的概念全都忘掉。只留一个目的:“把敌人打败”。 最后用自己的一招一式(理解)来回答。

再谈“进程”与“线程”

进程的本质::正在执行的一个程序,可以进程比作一个容器或者工厂

通过上图,方便我们了解并记忆:

  1. 进程与进程之间相对独立
  2. 进程可以包括几个或者上百个线程在运行。
  3. 内存(逻辑内存)包括在进程里面,每个进程的内存都是互相独立的,但从一个更高的层次上看,不同的进程也共享着一个巨大的空间,这个空间就是整个计算机。
  4. 进程共有文件/网络句柄(handle),这样可以打开同一个文件,抢同一个网络端口。

从不同的视角来看进程:

线程的本质:真正运行的是一个一个的线程

同理,上图我们知道线程包含:

  1. 栈(堆栈):主线程的 main 函数、进行函数调用的参数和返回地址、局部变量等内容都会被压入栈内
  2. PC(Program Couner):程序计数器,PC 的指针指向代码所在的内存地址。
  3. TLS(Thread local storage):分配内存,存放变量

当有了上面的问题做引子后,面试官就可以借此引出更多话题:

1. 如何通信(沟通)的内容

通信是人的基本需求,进程与进程之间是相互独立的,也有通信需求。根据这一问题就可以展开内容提问:

  • 进程/线程如何通信 答:进程可以通过管道、套接字、信号交互、共享内存、消息队列等等进行通信;而线程本身就会共享内存,指针指向同一个内容,交互很容易。
  • 通信方式的差异,比如进程间共享内存和消息队列有何异同?

2. 如何同步(协调)的内容

一旦有了通信,人与人之间就会产生矛盾,进程也一样。这些矛盾就会体现在如何同步上。

  • 在单个 CPU 下,实际上在任何时刻只能有一个进程处于执行状态。而其他进程则处于非执行状态。我们是如何确定在任意时刻到底由哪个进程执行,哪些不执行呢?(如何进行进程调度?)
  • 线程之间的关系是合作关系。既然是合作,那就得有某种约定的规则,否则合作就会出问题。(如何进行线程同步?)

3. 内存问题?

进程要分配内存,所以开销很大,进程只需要分配栈,分配一个 PC 就好,内存开销小。 这一块就可以问到了操作系统中的内存原理相关的内容。

总结

总之,如果上述内容你都了解,那肯定是不怕被问到(大佬,请收下我的膝盖);如果看了此篇文章之后,你能答出个大概,我相信面试官也会放过你,毕竟,我们也真的不是背书机器。 如果你能看到这,能否给我点个关注,点个赞让我也收到鼓励。如果觉得我写的内容有误,也欢迎评论指出。 注意,要敲黑板啦。

  • 进程是什么?它指的是一个运动中的程序。从名字上看,进程表示的就是进展中的程序。一个程序一旦在计算机里运行起来,它就成为一个进程。进程与进程之间可以通信、同步、竞争,并在一定情况下可能形成死锁。
  • 那么线程是什么?我们知道,进程是运转的程序,是为了在 CPU 上实现多道编程而发明的一个概念。但是进程在一个时间只能干一件事情。如果想同时干两件事,办法就是线程。线程是进程里面的一个执行上下文或者执行序列。

最后,祝大家答的愉快!面试过!过!过!

参考资料: 1. 《现代操作系统(第 3 版)》 2. 《操作系统之哲学原理(第 2 版)》

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