进程和线程：掌握 Linux 的基础

您是否听说过支配半导体行业近 60 年的摩尔定律？你知道摩尔定律从来都不是法律，而是一种观察？对于那些不熟悉这条法律的人来说，这就是它的表达方式。

虽然这条规则是用电子学来写的，但从计算机的角度来看，它表明计算能力每两年翻一番。本质上，单个芯片上的计算能力呈指数级增长。是不是很棒？

令人惊奇的是，自从有了这个观察，它就被证明是正确的，现在被视为一种规则。

然而，众所周知，美好的事物并不总是免费的。在这种情况下，更强大的计算是以过度加热为代价的。当他们在 2010 年到达时，加工商达到了足以烹饪意大利面的温度。 （查看此youtube 视频以亲自体验）。

此外，随着芯片上晶体管数量的增加，开始达到材料的物理极限。此时亚原子力开始变得活跃，这使得维持摩尔定律轨迹变得具有挑战性。

感觉就像计算机变得越来越快的美好时光已经结束。但工程师有其他计划。他们开始使用多个强大的核心，而不是单个超级强大的核心。

尽管它可能已经解决了硬件问题，但它给软件工程师带来了新的挑战。工程师必须开发利用计算机现在拥有的几个内核的软件。因此，通常称为并行编程的并发编程应运而生。线程是这个编程领域的焦点。但在谈论线程之前，我们必须了解什么是进程。

什么是 Linux 进程？

Linux 进程被定义为程序的运行实例。

因此，系统必须在执行程序时跟踪许多项目，包括堆栈内存、源代码和寄存器等。在 Linux 中，所有这些东西的集合称为一个进程。 Linux 建立在进程的基础之上。

要检查您机器上运行的不同进程，您可以尝试运行以下命令。这将运行所有进程及其进程 ID。

 $ ps

这是一个示例快照。

默认情况下，上面的命令只显示与当前用户关联的那些进程。要列出所有进程，我们可以使用带有以下选项的命令。

 $ ps -aux

这是一个示例快照。

将这些额外的选项应用到ps命令也为我们提供了一些额外的信息。这是不同标志的含义-

1. a代表所有用户
2. u代表当前用户
3. x显示在终端外执行的进程

我们还可以使用kill命令杀死一些进程。这是它的使用方法 -

 $ kill PID

这里的PID是我们可以从ps命令中获取的进程 ID。 Linux 系统中的每个进程都会有一个唯一的PID ，用于识别它。您甚至可以使用命令pidof来查找进程的PID 。

 $ pidof bash

进程中的父子关系

当您启动程序或发出命令时，就会形成一个进程。当您从终端执行命令时，您将启动一个新进程。因为使用终端来生成这个新进程，所以我们说终端进程启动了新的命令进程。换句话说，新的命令进程是终端进程的子进程。

Linux 生态系统中的每个进程都有一个创建它的父进程。我们可以使用以下命令来检查具有给定PID的进程的父进程。

 $ ps -o ppid= -p PID

Linux 中的所有进程都直接或间接地是 PID 为 1 的进程的子进程。这并非巧合。 PID 为 1 的进程是 init 进程，是系统在启动时启动的第一个进程。任何后续进程都被创建为此进程的子进程。

因此，我们有一个由进程之间的这些关系构成的树。这称为进程树。

流程很重🪨

进程在 Linux 中非常有用，没有它们我们就活不下去。但是它们有一个缺点，或者可能根本不是缺点，而只是它们的运作方式。手续繁重。每当启动新进程时，都会传输数据、内存和变量。运行相同程序的每个进程都将拥有自己的源代码副本。因此，产生大量进程并不是一个聪明的主意。

然而，由于进程是一种同时服务多个请求的机制，我们被这个令人不快的事实所束缚。我们只能为少数有很多共同点的并发用户提供服务，因为我们只能在系统中启动有限数量的进程。考虑一个必须为众多并发用户提供服务的 Web 服务器。为每个用户创建一个新进程是一项昂贵的操作。因此，我们想要比手术更便宜的东西。线程在这里发挥作用。

什么是线程？ 🧵

线程只是轻量级进程。线程与其父进程和它创建的任何线程共享内存。由于这种共享内存，产生新线程的成本较低。这提供了更快的线程通信和上下文切换的额外好处。使用线程，一个进程可以同时执行多个任务。

与进程数相比，我们可以生成大量线程。在多核机器上，这些线程是并行执行的。与生成许多进程或按顺序执行所有任务相反，这提高了程序的整体性能。

让我们尝试开始我们的第一个线程。需要注意的是，我们不能用 bash 启动新线程。 bash 命令只能用于创建子进程。所以，我们要做的是编写一个启动两个线程的 C 代码。然后，使用 bash，我们将这个 C 代码作为子进程执行。然后，这个新进程将创建两个线程。

在 C 中创建线程

让我们开始着手编写一些代码。创建一个新文件并将其命名为threads.c 。继续并在您最喜欢的任何 IDE 中打开它。

第一步是导入所需的头文件。

 #include <pthread.h> #include <stdio.h>

我们将创建两个线程，每个线程执行相同的函数但参数不同。让我们编写那个函数。

 void* print_multiple_messages(void* ptr) { char* message = (char*) ptr; for(int i=0; i<1000; ++i) { printf("%s \n", message); } }

正如你所看到的，这个函数没有什么大不了的。它将消息作为输入参数并打印一千次。

现在让我们编写 main 函数。

 int main() { // Continue writing from here }

就像进程一样，线程也有用于唯一标识它们的 ID。创建两个变量来保存这些 ID。

 pthread_t thread1, thread2;

我们将为每个线程使用不同的消息。创建两个字符串（字符数组）来保存不同的消息。

 char* message1 = "Thread 1"; char* message2 = "Thread 2";

下一步是创建两个线程。我们将使用pthread_create方法来做到这一点。

 pthread_create(&thread1, NULL, print_multiple_messages, (void*) message1); pthread_create(&thread2, NULL, print_multiple_messages, (void*) message2);

这将启动两个新线程。让我们指示我们的主进程等到两个线程完成它们的工作。

 pthread_join(thread1, NULL); pthread_join(thread2, NULL);

就是这样。编译代码并执行它。您会注意到来自两个线程的消息会混淆。这表明它们是并行执行的。

恭喜你刚刚创建了你的第一个线程。

因此，在本文中，我们讨论了线程和进程。这些是 Linux 最引人入胜的一些特性，掌握它们至关重要。它支持硬件感知软件的开发和有效利用我们可支配的资源。

在这里，我们将对这篇文章做一个总结。我们努力提供足够的细节来让您继续前进，但事实并非如此。所以继续学习更多。如果您喜欢这些内容，您可能想发表评论和/或表达情感。

享受学习！