В чем разница между многопоточностью, многозадачностью и многопроцессовостью?

Question

[sugadu]

Может кто-нибудь обьяснить доступным языком различия между этими понятиями, или дать ссылку где это обьясняют?
upd
Интересует в рамках программирования, а не администрирования. Т.е. что означает "программа работает в несколько потоков", "программа может создавать новые процессы".

Answer 1

[xfg]

В одном процессе может быть много потоков, но всегда как минимум есть один. Потоки внутри одного процесса делят общую память, изменение данных в одном потоке будет видно во всех остальных.

В тоже время одна программа может порождать много процессов, процессы в отличии от потоков не делят общую память.

А многозадачность это свойство ОС вычислять одновременно (*условно говоря) много задач (процессов и потоков) или проще говоря программ. Это дает вам возможность одновременно играть в игру и слушать музыку на своем компьютере.

* на самом деле процессор работает в последовательном режиме и соответственно на самом деле не может одномоментно вычислять более 1 процесса или потока, но так как он способен вычислять гигантское количество операций в единицу времени и быстро переключается с одного процесса/потока на другой и обратно, то часто говорят одновременно. Но и здесь стоит сделать оговорку, что многоядерные процессоры позволяют действительно вычислять несколько процессов/потоков параллельно, где каждое ядро процессора может взять на себя вычисление 1 потока или процесса в единицу времени.

Вывод. Если у вас 4-ех ядерный процессор, а ваша программа работает в один процесс с одним потоком, то ваша программа будет вычисляться всего лишь на 1 ядре. Поэтому можно создать 4 потока в одном процессе или 4 процесса по 1 потоку в каждом и тогда ваша программа смэппится на все ядра процессора и займет все его возможные мощности. В тоже время создание более 4 потоков или 4 процессов не будет иметь особого смысла, поскольку всё равно вы сможете параллельно вычислять только максимум 4 из них.

При создании любого процесса внутри него автоматически создается как минимум 1 поток. Но также вы можете самостоятельно создать и более 1 потока, если у вас появится такая необходимость.

Comments

[sugadu]

> Потоки внутри одного процесса делят общую память, изменение данных в одном потоке будет видно во всех остальных.

Как тогда не просходит конфликтов между потоками? Что будет если два потока начнут менять один участок памяти?

[xfg]

sugadu: так не бывает, если кто-то уже работает с участком памяти, остальные будут ждать, пока с этого участка памяти не будет снят лок (блокировка), который обязательно ставится прежде чем начать работу с этим участком памяти.

[sugadu]

xfg: Спасибо большое!

[pi314]

xfg: "так не бывает"
На самом деле еще как бывает :) ...если программист накосячил с синхронизацией ресурсов... что случается сплошь и рядом :) Ибо в большинстве современных распространенных ЯП всякие локи, семафоры и мютексы нужно ставить ручками и делать это правильно. А что конкретно будет - зависит от компилятора и/или VM и набора инструкций и архитектуры процессора, на котором все это выполняется и даже от расположения звезд. В подавляющем большинстве случаев если неатомарные инструкции одного потока "вклинятся" между инструкциями из другого, код может увидеть в памяти вместо ожидаемых совершенно левые значения. Это приведет к непредсказуемой ошибке в программе (если речь о данных) или к попытке обратиться к памяти, не принадлежащей процессу (если речь об указателе), за что ОС этот процесс неминуемо жестоко покарает... а если такой косяк случится в коде какого-нибудь драйвера, работающего с железом, то вааще может упасть вся ОС или даже физически повредиться железо. Короче, ошибки в многопоточности - весьма распространенное явление и обычно отстреливают ногу по самые уши ))

[xfg]

pi314: я не очень вас понял, но помоему вы говорите о состоянии гонки.

Но я говорил, о том, как это работает на уровне железа, а не на уровне программного обеспечения. А именно, если два и более процессора (или ядра) одновременно хотят получить доступ на запись в один и тот же участок памяти, в один и тот же конкретный момент времени и если архитектура железа позволяет одновременную запись в один участок памяти то будет решено, по какому правилу произвести запись в этот участок памяти. Потому что в любом случае невозможно писать данные параллельно в один участок памяти в один момент времени на уровне железа. До этого наш уровень развития пока не дошел. При архитектуре железа с исключающей записью всё еще проще, там только один процессор (ядро) может получить доступ на запись в конкретную ячейку в кокрентый момент времени, о чем я и говорил.
Подробнее можно посмотреть здесь.

На уровне ПО конечно может быть так, что один поток записал данные, другой поток эти данные изменил, первый поток прочитал не те данные, которые записывал. Но это типичное состояние гонки и решается семафорами, мьютексами и т.д., которые вы упомянули.

Answer 2

[Станислав Макаров]

1. Многозадачность. Термин обычно не применяется к прикладному ПО, только к операционной системе, а точнее к ядрам ОС. Многозадачность - способость системного ПО распределять вычислительные ресурсы между несколькими параллельно (т.е. условно одновременно) запущенными вычислениями. Различают кооперативную и вытесняющую. Как правило, поддержка многозадачности сводится к тесной работе с железом и умению ядра сохранять состояние вычислительной системы (например, регистров процессора), и прозрачного переключения этого состояния для выполняющихся задач.

2. Многопоточность - вариант реализации вычислений, при котором для решения некоторой прикладной задачи запускаются и выполняются несколько независимых потоков вычислений, причём выполнение происходит одновременно или псевдоодновременно. В операционных системах, где термины "поток" и "процесс" различаются, под "потоком" понимают именно поток выполнения (ресурсами же владеет сущность, называемая "процессом"). Обычно применяется для распараллеливания вычислений на несколько вычислителей (процессоров и ядер процессора).

3. Многопроцессность - вариант реализации вычислений, когда для решения некоторой прикладной задачи запускается несколько независимых процессов. В системах, где под процессом понимается сущность, владеющая ресурсами (памятью, открытыми файлами, сетевыми подключениями), несколько процессов запускаются с целью повышения отказоустойчивости приложения а также с целью повышения безопасности. Т.к. ОС выполняет разделение памяти и прочих ресурсов именно между процессами (в то время как потоки работают в едином адресном пространстве), то а) внезапно упавший (читай - убитый ОС) процесс не уронит остальные; б) если в процессе начал выполняться чужеродный код (например, из-за RCE уязвимости), то он не получит доступ к содержимому памяти в других процессах. Многопроцессность сегодня можно увидеть в браузерах, когда отдельные вкладки выполняются в разных процессах, и упавшая вкладка (из-за js или из-за кривого плагина) тянет за собой не весь браузер, а только себя или еще пару вкладок.

Comments

[sugadu]

B вам спасибо!

Answer 3

[Александр Минеев]

А разницы между ними нет, так как они друг с другом не связаны на прямую.

Многопото́чность — свойство платформы параллельно решать одну задачу, для увеличения скорости, то есть зависит от приложения.
Многозада́чность - свойство ОС обеспечивать возможность параллельной работы для решения задач.
Многопроцессорность - это использование в составе одного устройства двух или более физических процессоров.

Если вообще обобщить для простого понимания:
1. Ты создаешь приложение, которому нужно для быстроты делать задачи параллельно
2. Это приложение ты пишешь для определенной ОС, которая должна поддерживать работу с задачей параллельно
3. Должно быть железо, которое все это потянет.

Comments

[sugadu]

Тег "программирование" не просто так поставил.
Что значит "программа работает в несколько потоков", "программа создает новый процесс"?

[sugadu]

Многопоточность это разве всегда параллельно, никак не передать данные из одного потока в другой?

[Александр Минеев]

Я не айтишник, но примерно из знаний информатики и вики:
Программа не создает новый процесс, она просто может работать в несколько потоков.
Но программа может и создавать конечно разные процессы, для разных задач.

Процесс один, но если железо многоядерное, то оно само может распределить нагрузку для вычисления задачи.
Как пример:
- вы покупаете комп, с частотой 2,66 Гц и 4 ядрами.
- устанавливаете игру, которая требует высокие требования
И в этот момент начинают работать ядра параллельно для увеличения производительности обработки данных.
Гц не влияют на производительность, опытным путем было доказано производителями процессоров.

[Dimonchik]

sugadu: данные как раз таки "передать", только не всегда это на пользу, посмотри видео - там ответ на 80% вопросов

[Dimonchik]

Александр Минеев: братуха, сорри, но бред
простейшая настройка Nginx расширит твои горизонты по части как работают процессы

[Александр Минеев]

sugadu:

Многопоточность это разве всегда параллельно, никак не передать данные из одного потока в другой?

- это свойства операционной системы, ну допустим стоит у вас Win 7, как вы её будете переделывать?

[Александр Минеев]

dimonchik2013: ну вопрос был же не как работают процессы)) а в чем разница?
Я не разработчик и не айтишник, поэтому нюансов в работе не знаю)

Answer 4

[Dimonchik]

https://www.youtube.com/watch?v=AWX4JnAnjBE

Comments

[Roman K]

На вопрос о разнице многопоточности и многопроцессорности ты скидываешь принцип работы GIL в питоне. Ты вообще нормальный?

[Dimonchik]

а ты видео вообще смотрел? с самого начала минут 10?

[Dimonchik]

Roman Kitaev: сорри, ошибся, с самого начала минут тринадцать

[Roman K]

dimonchik2013: Я его смотрел полностью, давно уже. Там много лишнего, т.к. видео именно про питон и его GIL.

[Dimonchik]

ага, а GIL совсем не иллюстрация проблемы )

[sugadu]

dimonchik2013: Т.е. Python будит и заспает потоки по очереди? Тогда в чем профит многопоточности, если они не могут работать одновременно?

[Dimonchik]

это уже другой вопрос, речь не о Питоне, а о постороении процесса выполнения программ операционной системой, это не зависит от языка

Answer 5

[Rou1997]

Впервые слышу термин "многопроцессовость", у одного приложения может быть несколько процессов (в диспетчере задач), например у любого современного браузера если одновременно открыто несколько страниц, то у каждой свой процесс, ОС старается выполнять процессы одновременно, сначала первая инструкция первого процесса, потом первая - второго, потом вторая - первого и т.п., по возможности каждым процессом вовсе занимается отдельное ядро процессора (отдельный логический процессор), все это повышает быстродействие и позволяет реализовать такие алгоритмы, как циклы обработки сообщений, бесконечные циклы не "завешивают" всю ОС.
Потоки - то же самое, что процессы, только внутри процесса, как папки и файлы.
Задачи - это потоки и процессы.

Comments

[sugadu]

тогда php работает в многопоточном режиме или многопроцессовом?

[Владимир Грабко]

sugadu: и в том и в том одновременно. Каждый процесс управляет N потоков

[Владимир Грабко]

Современный код по немногу уходит к многопоточности (с лёту горутины и куча форков для C++)