线程、进程、多线程、多进程和多任务到底啥关系？

线程、进程、多线程、多进程和多任务之间的关系可以从定义、区别和联系三个方面进行详细解释。‌

定义和区别

‌进程‌：进程是资源分配的最小单位，代表程序执行时的一个具体实例。进程拥有独立的内存空间，是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。例如，一个厨师在制作蛋糕的过程可以被视为一个进程，包括阅读食谱、准备原料和烘制蛋糕等步骤‌12。

‌线程‌：线程是进程中的一个执行流，是程序执行的最小单位。线程共享进程的资源，但不拥有独立的内存空间。线程由线程ID、当前指令指针、寄存器集合和堆栈组成。例如，在制作蛋糕的过程中，搅拌面糊和打发蛋清可以视为两个不同的线程‌12。

联系和区别

‌多线程‌：一个进程可以包含多个线程，这些线程并发执行不同的任务，共享进程的资源。多线程可以提高程序的并发性和效率，但需要处理线程间的同步和通信问题‌23。

‌多进程‌：多个进程可以同时运行在不同的内存空间中，每个进程独立运行，互不影响。多进程适用于需要高度隔离的应用场景，但开销较大，资源利用率较低‌4。

‌多任务‌：多任务是指在同一时间内运行多个任务或程序。在单CPU时代，多任务通过时间片轮转的方式实现，而在多核CPU时代，多个任务可以真正并行执行‌5。

实际应用场景

‌多线程应用‌：适用于需要高并发处理的应用，如Web服务器、数据库管理等。多线程可以充分利用CPU资源，提高响应速度。

‌多进程应用‌：适用于需要高度隔离的应用场景，如分布式计算、大数据处理等。每个进程独立运行，互不影响，适合处理大规模数据和复杂计算任务。

首先，从定义开始，先看一下教科书上进程和线程定义：

进程：资源分配的最小单位。 线程：程序执行的最小单位。

进程

进程是程序执行时的一个实例，即它是程序已经执行到课中程度的数据结构的汇集。从内核的观点看，进程的目的就是担当分配系统资源(CPU时间、内存等)的基本单位。

举例说明进程：

想象一位有一手好厨艺的计算机科学家正在为他的女儿烘制生日蛋糕，他有做生日蛋糕的食谱，厨房里有所需的原料:面粉、鸡蛋、糖、香草汁等。在这个比喻中，做蛋糕的食谱就是程序(即用适当形式描述的算法)计算机科学家就是处理器(CPU)，而做蛋糕的各种原料就是输入数据。

进程就是厨师阅读食谱、取来各种原料以及烘制蛋糕等一系列动作的总和。现在假设计算机科学家的儿子哭着跑了进来，说他的头被一只蜜蜂蛰了。计算机科学家就记录下他照着食谱做到哪儿了(保存进程的当前状态)，然后拿出一本急救手册，按照其中的指示处理蛰伤。这里，我们看到处理机制是从一个进程(做蛋糕)切换到另一个高优先级的进程(实施医疗救治)，每个进程拥有各自的程序(食谱和急救手册)。当蜜蜂蛰伤处理完之后，这位计算机科学家又回来做蛋糕，从他离开时的那一步继续做下去。

线程

线程是CPU调度的最小单位(程序执行流的最小单元)，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单元。一条线程是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。

一个标准的线程有线程ID、当前指令指针(PC),寄存器集合和堆栈组成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单元，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其他线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程在运行中呈现处间断性。

线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。就绪状态是指线程具备运行的所有条件，逻辑上可以运行，在等待处理机;运行状态是指线程占有处理机正在运行;阻塞状态是指线程在等待一个事件(如某个信号量)，逻辑上不可执行。每一个程序都至少有一个线程，若程序只有一个线程，那就是程序本身。

举例说明线程：

假设，一个文本程序，需要接受键盘输入，将内容显示在屏幕上，还需要保存信息到硬盘中。若只有一个进程，势必造成同一时间只能干一样事的尴尬(当保存时，就不能通过键盘输入内容)。若有多个进程，每个进程负责一个任务，进程A负责接收键盘输入的任务，进程B负责将内容显示在屏幕上的任务，进程C负责保存内容到硬盘中的任务。这里进程A，B，C间的协作涉及到了进程通信问题，而且有共同都需要拥有的东西——-文本内容，不停的切换造成性能上的损失。若有一种机制，可以使任务A，B，C共享资源，这样上下文切换所需要保存和恢复的内容就少了，同时又可以减少通信所带来的性能损耗，那就好了。这种机制就是线程。

总的来说：进程有独立的地址空间，线程没有单独的地址空间(同一进程内的线程共享进程的地址空间)。

多进程

进程是程序在计算机上的一次执行活动，当你运行一个程序，你就启动了一个进程。显然，程序是死的(静态的)，进程是活的(动态的)。

进程可以分为系统进程和用户进程，凡是用于完成操作系统的各种功能的进程就是系统进程，它们就是处于运行状态下的操作系统本身;所有由用户启动的进程都是用户进程。进程是操作系统进行资源分配的单位。进程又被细化为线程，也就是一个进程下有多个能独立运行的更小的单位。在同一个时间里，同一个计算机系统中如果允许两个或两个以上的进程处于运行状态，这便是多任务。现代的操作系统几乎都是多任务操作系统，能够同时管理多个进程的运行。

多任务带来的好处是明显的，比如你可以边听网易云音乐，一边上网，与此同时甚至可以将下载的文档打印出来，而这些任务之间丝毫不会相互干扰。那么这里就涉及到并行的问题，俗话说，一心不能二用，这对计算机也一样，原则上一个CPU只能分配给一个进程，以便运行这个进程。我们通常使用的计算机中只有一个CPU，也就是说只有一颗心，要让它一心多用，同时运行多个进程，就必须使用并发技术。实现并发技术相当复杂，最容易理解的是“时间片轮转进程调度算法”，它的思想简单介绍如下：在操作系统的管理下，所有正在运行的进程轮流使用CPU，每个进程允许占用CPU的时间非常短(比如10毫秒)，这样用户根本感觉不出来 CPU是在轮流为多个进程服务，就好像所有的进程都在不间断地运行一样。

但实际上在任何一个时间内有且仅有一个进程占有CPU。如果一台计算机有多个CPU，情况就不同了，如果进程数小于CPU数，则不同的进程可以分配给不同的CPU来运行，这样，多个进程就是真正同时运行的，这便是并行。

并行处理(Parallel Processing)是计算机系统中能同时执行两个或更多个处理的一种计算方法。并行处理可同时工作于同一程序的不同方面。并行处理的主要目的是节省大型和复杂问题的解决时间。并发处理(concurrency Processing)：指一个时间段中有几个程序都处于已启动运行到运行完毕之间，且这几个程序都是在同一个处理机(CPU)上运行，但任一个时刻点上只有一个程序在处理机(CPU)上运行。

多线程

线程是程序中一个单一的顺序控制流程。进程内一个相对独立的、可调度的执行单元，是系统独立调度和分派CPU的基本单元。在单一程序中同时运行多个想成完成不同的工作，称为多线程。

多线程是为了使得多个线程并行的工作以完成多项任务，以提高系统的效率。线程是在同一时间需要完成多项任务的时候被实现的。打个比方：

多进程是立体交通系统(近似于立交桥)，虽然造价高，上坡下坡多耗点油，但是不堵车。

多线程是平面交通系统，造价低，但红绿灯太多，老堵车。

线程与进程的关系

(1)一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程;

(2)资源分配给进程，同一进程内的所有线程共享该进程的所有资源;

(3)线程在执行过程中需要协作同步。不同进程中的线程之间要利用消息通信的方法实现同步;

(4)处理机分配给线程，即真正在处理机上运行的是线程;

(5)线程是进程的一个执行单元，也是进程内的可调用实体。

线程和进程的区别

(1)线程共享内存空间;进程的内存是独立的;

(2)同一个进程的线程之间可以直接交流;两个进程想通信，必须通过一个中间代理来实现;

(3)创建新进程很简单;创建新进程需要对其父进程进行一个克隆;

(4)一个线程可以控制和操作同一进程里的其他线程;但是进程只能操作子进程;

(5)改变注线程(如优先权)，可能会影响其他线程;改变父进程，不影响子进程。

(6)调度：线程作为分配和调度的基本单位，进程作为拥有资源的基本单位

(7)并发性：不进进程之间可以并发执行，同一进程内的线程也可以并发执行

(8)拥有资源：进程是拥有资源的一个独立单位，线程不拥有系统资源，但是可以访问隶属于进程的系统资源

(9)系统开销：在创建和撤销进程的时候，系统都要分配和回收资源，导致系统的明显大于创建和撤销线程时的开销。但进程有独立的地址空间，进程崩溃后，在保护模式的下不会对其他进程造成影响，而线程只是进程中的不同执行路径。线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有独立的地址空间，一个线程死后就等于整个进程死掉，所以多进程程序要比多线程程序健壮，但是在进程切换的时候消耗的资源较大，效率差。

根本区别就一点：用多进程每个进程有自己的地址空间(address space)，线程则共享地址空间。

总结：多线程执行效率高; 多进程耗资源，安全。

线程与进程的关系

线程与进程之间存在密切的联系。一个线程只能隶属于一个进程，而一个进程可以包含多个线程，但至少包含一个线程。在资源分配方面，进程是资源分配的基本单位，同一进程内的所有线程共享该进程的所有资源。然而，不同进程中的线程之间需要利用消息通信的方式进行同步。处理机的分配也是给线程的，真正在处理机上运行的是线程实体。因此，线程可以被视为进程的一个执行单元或可调用实体。

线程与进程的对比

线程与进程在多个方面存在显著差异。首先，线程共享内存空间，而进程则拥有独立的内存空间。其次，同一进程内的线程可以直接进行交流，而不同进程间的通信则必须通过中间代理实现。再者，创建新进程的过程相对复杂，因为它需要对父进程进行克隆;相比之下，创建新线程则较为简单。此外，线程可以控制和操作同一进程内的其他线程，而进程则只能操作其子进程。值得注意的是，改变一个线程的属性(如优先权)可能会影响到其他线程，但改变父进程的属性则不会影响子进程。

在调度方面，线程被视为分配和调度的基本单位，而进程则是拥有资源的基本单位。同时，线程与进程在并发性和资源拥有方面也存在差异。多进程系统提供了更高的安全性，因为每个进程都有独立的地址空间。一旦进程崩溃，其崩溃结果不会影响到其他进程。然而，多进程程序在资源消耗和切换效率方面可能不如多线程程序。

操作系统在调度切换多个线程时的速度，远快于切换调度进程。进程间由于内存无法共享，导致通信变得复杂。而线程间因共享进程内存空间，数据交换变得异常便捷。在创建或撤消进程时，系统需为其分配或回收资源，这使得系统开销明显高于创建或撤消线程时的开销。

线程的优点包括其高效的多任务操作方式。在Linux系统下，启动新进程需分配独立地址空间并建立数据表，这成本高昂。而线程则共享地址空间和数据，启动成本低，切换速度也更快。此外，线程间方便的通信机制、对多CPU系统的有效利用，以及改善程序结构等优点，都使得线程成为一种强大的技术。

然而，线程也存在一些缺点。在调度时，保存线程状态和频繁切换会占用大量时间。同时，程序设计上需注意线程同步问题，以避免出错。此外，多线程环境下，每个线程与主程序共用地址空间，可能受限于2GB地址空间;线程间的同步和加锁控制也较为复杂;一个线程的崩溃可能影响整个程序的稳定性。

多线程的优点在于其无需跨进程边界，程序逻辑和控制方式简洁。所有线程可直接共享内存和变量等资源，消耗的总资源也优于进程方式。但多线程同样面临一些挑战，如每个线程与主程序的地址空间限制、线程同步和加锁控制的复杂性，以及一个线程崩溃可能导致的整个程序稳定性问题。

3)当线程数达到一定数量后，即便增加CPU也无法进一步提升性能。例如，在Windows Server 2003系统中，当线程堆栈设定为1M时，大约1500个线程便已接近性能极限。若将线程堆栈增加至2M，也难以突破这一限制。

4)线程所能提升的性能有限，且随着线程数量的增多，线程本身的调度会变得复杂，消耗更多的CPU资源。

进程是独立的执行单位

在嵌入式系统中，进程是指一个独立的执行单位，拥有独立的地址空间和资源。每个进程都是相互独立的，一个进程的崩溃不会影响其他进程的执行。进程之间通过进程间通信(IPC)来进行数据交换和同步。

线程是进程的执行单元

线程是进程的一部分，是进程内的执行单元。一个进程可以包含多个线程，这些线程共享进程的地址空间和资源。线程间的切换比进程间的切换开销更小，因此多线程在嵌入式系统中常用于提高系统的并发性和响应速度。

多线程是在同一进程内并发执行多个线程

多线程是指在同一进程内同时运行多个线程，这些线程共享进程的资源。通过合理利用多线程，可以充分利用多核处理器的计算能力，提高系统的并发处理能力。在多线程编程中，需要注意线程间的同步和互斥，以避免数据竞争和死锁等问题。

多进程是在不同进程间并发执行多个进程

多进程是指在不同进程间同时运行多个进程，每个进程拥有独立的地址空间和资源。多进程可以提供更高的隔离性和稳定性，但进程间的通信开销较大，因此在嵌入式系统中需要权衡选择。常见的多进程通信方式包括管道、消息队列、共享内存等。

多任务是指系统可以同时处理多个任务

在嵌入式开发中，多任务是指系统具备同时处理多个任务的能力。这些任务可以是多线程或多进程，也可以是其他形式的任务。多任务可以提高系统的吞吐量和资源利用率，使系统能够高效地处理多个任务。在多任务系统中，需要考虑任务的优先级、调度算法和资源管理等问题，以保证系统的稳定性和可靠性。

综上所述，线程和进程各有其独特的优缺点。线程执行效率高，而进程则在安全性和资源管理方面表现出色。在多道程序设计环境中，进程的并发执行和资源共享能力得到了充分利用，从而提高了系统的整体效率和资源利用率。