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多进程和多线程的优缺点

作者:  时间: 2010-12-27

Linux内核对多进程和多线程的支持方式:

        线程机制支持并发程序设计技术,在多处理器上能真正保证并行处理。而在linux实现线程很特别,linux把所有的线程都当作进程实现。linux下线程看起来就像普通进程(只是该进程和其他进程共享资源,如地址空间)。上述机制与Microsoft windows或是Sun Solaris实现差异很大。

        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。

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。父子进程变量是互不影响的,由于父子进程地址空间是完全隔开的,变量的地址可以是完全相同的

          Linux的”线程”和”进程”实际上处于一个调度层次,共享一个进程标识符空间,这种限制使得不可能在Linux上实现完全意义上的POSIX线程机制,因此众多的Linux线程库实现尝试都只能尽可能实现POSIX的绝大部分语义,并在功能上尽可能逼近。Linux进程的创建是非常迅速的。内核设计与实现一书中甚至指出Linux创建进程的速度和其他针对线程优化的操作系统(Windows,Solaris)创建线程的速度相比,测试结果非常的好,也就是说创建速度很快。由于异步信号是内核以进程为单位分发的,而LinuxThreads的每个线程对内核来说都是一个进程,且没有实现”线程组”,因此,某些语义不符合POSIX标准,比如没有实现向进程中所有线程发送信号,README对此作了说明。LinuxThreads中的线程同步很大程度上是建立在信号基础上的,这种通过内核复杂的信号处理机制的同步方式,效率一直是个问题。LinuxThreads 的问题,特别是兼容性上的问题,严重阻碍了Linux上的跨平台应用(如Apache)采用多线程设计,从而使得Linux上的线程应用一直保持在比较低的水平。在Linux社区中,已经有很多人在为改进线程性能而努力,其中既包括用户级线程库,也包括核心级和用户级配合改进的线程库。目前最为人看好的有两个项目,一个是RedHat公司牵头研发的NPTL(Native Posix Thread Library),另一个则是IBM投资开发的NGPT(Next Generation Posix Threading),二者都是围绕完全兼容POSIX 1003.1c,同时在核内和核外做工作以而实现多对多线程模型。这两种模型都在一定程度上弥补了LinuxThreads的缺点,且都是重起炉灶全新设计的。

          综上所述的结论是在Linux下编程多用多进程编程少用多线程编程

         IBM有个家伙做了个测试,发现切换线程context的时候,windows比linux快一倍多。进出最快的锁(windows2k的 critical section和linux的pthread_mutex),windows比linux的要快五倍左右。当然这并不是说linux不好,而且在经过实际编程之后,综合来看我觉得linux更适合做high performance server,不过在多线程这个具体的领域内,linux还是稍逊windows一点。这应该是情有可原的,毕竟unix家族都是从多进程过来的,而 windows从头就是多线程的。

如果是UNIX/linux环境,采用多线程没必要。

多线程比多进程性能高?误导!

应该说,多线程比多进程成本低,但性能更低

在UNIX环境,多进程调度开销比多线程调度开销,没有显著区别,就是说,UNIX进程调度效率是很高的。内存消耗方面,二者只差全局数据区,现在内存都很便宜,服务器内存动辄若干G,根本不是问题。

多进程是立体交通系统,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。

我们现在都开跑车,油(主频)有的是,不怕上坡下坡,就怕堵车。

高性能交易服务器中间件,如TUXEDO,都是主张多进程的。实际测试表明,TUXEDO性能和并发效率是非常高的。TUXEDO是贝尔实验室的,与UNIX同宗,应该是对UNIX理解最为深刻的,他们的意见应该具有很大的参考意义。