(1)、单一”工作线程”的弊端
早期的Windows系统没有线程的概念,整个系统运行在一个单一的”工作线程”上,操作系统代码和应用程序代码共享这个线程。这种模式的主要缺点是,当一个应用程序运行时,它会独占整个计算机资源(因为只有一个工作线程),并且如果它陷入死循环,整个PC将停止响应。更糟糕的是,重启时所有应用程序都会停止,导致数据丢失。
(2)、Windows进程
i、Windows进程及其解决的问题
为了解决单一”工作线程”的问题,微软设计了新的内核,引入了Windows进程的概念。每个Windows进程(包含应用程序所需的资源集合)独立运行一个应用程序,如下图所示:
一个Chrome浏览器进程包含多个子进程(子进程可以共享父进程的资源),它们包含正在使用的资源集合,如CPU、内存等。每个进程都有一个唯一的虚拟地址空间(PID)。
当一个应用程序由于代码错误而卡死时,不会影响其他应用程序的运行,只需在任务管理器中关闭该进程即可。其他应用程序的数据也不会丢失,因为它们是独立的进程。
ii、Windows进程的安全性
在Windows中,进程之间不能相互访问(父子进程除外),单个进程也无法访问Windows内核。
iii、关于CPU的问题
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虽然Windows进程很好地解决了单一”工作线程”的问题,但如果PC只有一个CPU,当CPU本身发生死循环等问题时,仍然会导致PC停止工作。
iv、Windows线程及其解决的问题
为了解决单个进程执行异常导致CPU停止工作的问题,微软设计了Windows线程。它的作用是对CPU进行虚拟化,Windows为每个Windows进程分配一个Windows线程,该线程相当于一个虚拟的CPU(包含CPU的所有功能)。如果应用程序的代码进入死循环,相关进程会被停止,但其他应用程序进程不会停止,因为它们拥有自己的线程(虚拟CPU)。
2、Windows线程的资源消耗
虽然Windows线程提升了Windows的可靠性和健壮性,但天下没有免费的午餐,资源消耗是不可避免的。这里不深入探讨操作系统级别的细节,只展示一些直观的现象。以我的笔记本为例,打开任务管理器如下:
我的笔记本此时运行着176个进程,理论上至少有176个线程,但实际上有2103个线程,平均每个进程有12个线程。以下是我的笔记本配置:
双核CPU,理论上最优配置是只有两个线程,因为涉及到线程上下文切换(从一个线程切换到另一个线程),而上下文切换的性能代价非常大。
我的CPU利用率为7%,这意味着93%的时间,这2103个线程什么也没做,严重浪费了我的内存。如果此时开启远程桌面服务,假设有10个用户连接我的笔记本,所有开销将翻倍。
当然,虽然线程的开销很大,但与创建进程相比,线程的开销相对较小。然而,在开发应用程序时,仍需合理使用线程!
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