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  • 浅谈多进程多线程的选择

        关于多进程和多线程,教科书上最经典的一句话是“进程是资源分配的最小单位,线程是CPU调度的最小单位”,这句话应付考试基本上够了,但如果在工作中遇到类似的选择问题,那就没有这么简单了,选的不好,会让你深受其害。 经常在网络上看到有的XDJM问“多进程好还是多线程好?”、“Linux下用多进程还是多线程?”等等期望一劳永逸的问题,我只能说:没有最好,只有更好。根据实际情况来判断,哪个更加合适就是哪个好。
     
    一. Linux内核对多进程和多线程的支持方式
         Linux的线程实现是在核外进行的,核内提供的是创建进程的接口do_fork()。内核提供了两个系统调用__clone()和fork(),最终都用不同的参数调用do_fork()核内API。 do_fork() 提供了很多参数,包括CLONE_VM(共享内存空间)、CLONE_FS(共享文件系统信息)、CLONE_FILES(共享文件描述符表)、CLONE_SIGHAND(共享信号句柄表)和CLONE_PID(共享进程ID,仅对核内进程,即0号进程有效)。 当使用fork系统调用产生多进程时,内核调用do_fork()不使用任何共享属性,进程拥有独立的运行环境。 当使用pthread_create()来创建线程时,则最终设置了所有这些属性来调用__clone(),而这些参数又全部传给核内的do_fork(),从而创建的"进程"拥有共享的运行环境,只有栈是独立的,由 __clone()传入。
    即:Linux下不管是多线程编程还是多进程编程,最终都是用do_fork实现的多进程编程,只是进程创建时的参数不同,从而导致有不同的共享环境。 Linux线程在核内是以轻量级进程的形式存在的,拥有独立的进程表项,而所有的创建、同步、删除等操作都在核外pthread库中进行。pthread 库使用一个管理线程(__pthread_manager() ,每个进程独立且唯一)来管理线程的创建和终止,为线程分配线程ID,发送线程相关的信号,而主线程pthread_create()) 的调用者则通过管道将请求信息传给管理线程。
     
    二、Linux下轻量级进程
         很多朋友都说使用多线程的好处是资源占用少,其隐含之意就是说进程占用资源比线程多,对吧? 但实际上Linux下多进程是否就真的点用很多资源呢?暂且不说进程是否比线程占用资源多,就进程占用资源的多少情况而言,Linux确实是做得相当节省的。产生一个多进程时肯定是要产生的一点内存是要复制进程表项,即一个task_struct结构,但这个结构本身做得相当小巧。其它对于一个进程来说必须有的数据段、代码段、堆栈段是不是全盘复制呢?对于多进程来说,代码段是肯定不用复制的,因为父进程和各子进程的代码段是相同的,数据段和堆栈段呢?也不一定,因为在Linux里广泛使用的一个技术叫copy-on-write,即写时拷贝。copy-on-write意味着什么呢?意味着资源节省,假设有一个变量x在父进程里存在,当这个父进程创建一个子进程或多个子进程时这个变量x是否复制到了子进程的内存空间呢?不会的,子进程和父进程使用同一个内存空间的变量,但当子进程或父进程要改变变量x的值时就会复制该变量,从而导致父子进程里的变量值不同。 我们按照多个不同的维度,来看看多线程和多进程的对比(注:因为是感性的比较,因此都是相对的,不是说一个好得不得了,另外一个差的无法忍受)。
         看起来比较简单,优势对比上是“线程  2.5 v 3.5 进程”,我们只管选线程就是了? 呵呵,有这么简单我就不用在这里浪费口舌了,还是那句话,没有绝对的好与坏,只有哪个更加合适的问题。我们来看实际应用中究竟如何判断更加合适。
    1)需要频繁创建销毁的优先用线程
    原因请看上面的对比。 这种原则最常见的应用就是Web服务器了,来一个连接建立一个线程,断了就销毁线程,要是用进程,创建和销毁的代价是很难承受的。
    2)需要进行大量计算的优先使用线程
    所谓大量计算,当然就是要耗费很多CPU,切换频繁了,这种情况下线程是最合适的。 这种原则最常见的是图像处理、算法处理。
    3)强相关的处理用线程,弱相关的处理用进程
    什么叫强相关、弱相关?理论上很难定义,给个简单的例子就明白了。 一般的Server需要完成如下任务:消息收发、消息处理。“消息收发”和“消息处理”就是弱相关的任务,而“消息处理”里面可能又分为“消息解码”、“业务处理”,这两个任务相对来说相关性就要强多了。因此“消息收发”和“消息处理”可以分进程设计,“消息解码”、“业务处理”可以分线程设计。 当然这种划分方式不是一成不变的,也可以根据实际情况进行调整。
    4)可能要扩展到多机分布的用进程多核分布的用线程
    原因请看上面对比。
    5)都满足需求的情况下,用你最熟悉、最拿手的方式 至于“数据共享、同步”、“编程、调试”、“可靠性”这几个维度的所谓的“复杂、简单”应该怎么取舍,我只能说:没有明确的选择方法。但我可以告诉你一个选择原则:如果多进程和多线程都能够满足要求,那么选择你最熟悉、最拿手的那个。
    需要提醒的是:虽然我给了这么多的选择原则,但实际应用中基本上都是“进程+线程”的结合方式,千万不要真的陷入一种非此即彼的误区。
     
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