【C语言进程与线程】

文章目录

前言
一、进程基础概念
- [1. 什么是进程](#1. 什么是进程)
- [2. 进程的特点](#2. 进程的特点)
- [3. 获取进程ID](#3. 获取进程ID)
二、线程基础概念
- [1. 什么是线程](#1. 什么是线程)
- [2. 线程的特点](#2. 线程的特点)
- [3. 线程创建](#3. 线程创建)
[三、进程 vs 线程](#三、进程 vs 线程)
四、C语言中创建进程（fork）
- [1. fork函数介绍](#1. fork函数介绍)
- [2. 示例代码](#2. 示例代码)
- [3. 执行特点](#3. 执行特点)
五、进程地址空间验证
六、C语言中创建线程（pthread）
- [1. 常用函数](#1. 常用函数)
- [2. 示例代码](#2. 示例代码)
七、线程共享数据问题
八、互斥锁解决线程安全
九、进程通信（IPC）简介
- 示例：管道通信
总结

前言

在 C 语言开发中，并发编程是一个绕不开的重要话题，而"进程"和"线程"则是实现并发的两种核心方式。它们属于操作系统层面的概念，但在实际开发中，C 语言通常通过系统调用和线程库来对其进行操作。

一、进程基础概念

1. 什么是进程

进程（Process）是程序的一次执行过程，是操作系统进行资源分配的基本单位。

简单理解：

程序 = 静态代码
进程 = 运行中的程序

当你执行一个程序时，操作系统会为其分配内存、打开文件、建立运行环境，这个运行中的实例就是进程。

2. 进程的特点

拥有独立的地址空间（堆、栈、全局变量）
资源独立（文件描述符、内存等）
进程之间默认相互隔离
创建和切换开销较大
安全性高

3. 获取进程ID

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    printf("PID = %d\n", getpid());
    return 0;
}

二、线程基础概念

1. 什么是线程

线程（Thread）是进程中的一个执行单元，是 CPU 调度的基本单位。

一个进程可以包含多个线程，所有线程共享进程资源。

2. 线程的特点

共享进程地址空间
资源共享（堆、全局变量）
创建和切换开销小
通信方便
容易产生数据竞争

3. 线程创建

c 复制代码

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

void* func(void* arg) {
    printf("Thread running\n");
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t tid;
    pthread_create(&tid, NULL, func, NULL);
    pthread_join(tid, NULL);
    return 0;
}

编译：

bash 复制代码

gcc test.c -o test -pthread

三、进程 vs 线程

对比项	进程	线程
资源分配	独立	共享
地址空间	独立	共享
创建开销	大	小
切换开销	大	小
通信方式	IPC	共享变量
安全性	高	低

四、C语言中创建进程（fork）

1. fork函数介绍

fork() 用于创建子进程，是 Linux/Unix 系统中最常用的进程创建方式。

返回值：

子进程中返回 0
父进程中返回子进程PID
出错返回 -1

2. 示例代码

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>

int main() {
    pid_t pid = fork();

    if (pid == 0) {
        printf("Child: PID=%d\n", getpid());
    } else {
        printf("Parent: PID=%d, Child PID=%d\n", getpid(), pid);
    }

    return 0;
}

3. 执行特点

fork之后会执行两次（父子进程）
执行顺序不确定（由操作系统调度）

五、进程地址空间验证

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int x = 10;
    pid_t pid = fork();

    if (pid == 0) {
        x = 20;
        printf("Child x=%d\n", x);
    } else {
        x = 30;
        printf("Parent x=%d\n", x);
    }
}

说明：

进程之间变量互不影响 → 地址空间独立

六、C语言中创建线程（pthread）

1. 常用函数

pthread_create：创建线程
pthread_join：等待线程结束
pthread_self：获取线程ID

2. 示例代码

c 复制代码

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

void* run(void* arg) {
    printf("Thread ID: %lu\n", pthread_self());
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;

    pthread_create(&t1, NULL, run, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, run, NULL);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);

    return 0;
}

七、线程共享数据问题

c 复制代码

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

int count = 0;

void* add(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        count++;
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;

    pthread_create(&t1, NULL, add, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, add, NULL);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);

    printf("count = %d\n", count);
}

问题：

结果不等于 200000 → 发生竞态条件

八、互斥锁解决线程安全

c 复制代码

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

int count = 0;
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void* add(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        pthread_mutex_lock(&lock);
        count++;
        pthread_mutex_unlock(&lock);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t t1, t2;

    pthread_create(&t1, NULL, add, NULL);
    pthread_create(&t2, NULL, add, NULL);

    pthread_join(t1, NULL);
    pthread_join(t2, NULL);

    printf("count = %d\n", count);
    return 0;
}

九、进程通信（IPC）简介

由于进程之间内存隔离，需要使用 IPC 进行通信。

常见方式：

管道（pipe）
命名管道（FIFO）
共享内存
消息队列
信号
Socket

示例：管道通信

c 复制代码

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int fd[2];
    pipe(fd);

    if (fork() == 0) {
        close(fd[0]);
        write(fd[1], "hello", 6);
    } else {
        char buf[20];
        close(fd[1]);
        read(fd[0], buf, sizeof(buf));
        printf("recv: %s\n", buf);
    }
}

总结

本文系统介绍了 C 语言中的进程和线程：

进程：独立、隔离、安全，但开销大
线程：轻量、高效，但需要同步控制
fork：创建进程核心函数
pthread：线程开发核心库
IPC：进程通信基础

在实际开发中：

高隔离 → 多进程
高并发 → 多线程