深入浅出进程与线程的基本概念
深入浅出进程与线程的基本概念
进程(process)和线程(thread)是操作系统的基本概念,但是它们比较抽象,不容易掌握.最近,我读到一篇材料,发现有一个很好的类比，可以把它们解释地清晰易懂.
1.
计算机的核心是CPU,它承担了所有的计算任务.它就像一座工厂,时刻在运行.
2.
假定工厂的电力有限,一次只能供给一个车间使用.也就是说,一个车间开工的时候,其他车间都必须停工.背后的含义就是,单个CPU一次只能运行一个任务.
3.
进程就好比工厂的车间,它代表CPU所能处理的单个任务.任一时刻,CPU总是运行一个进程,其他进程处于非运行状态.
4.
一个车间里,可以有很多工人.他们协同完成一个任务.
5.
线程就好比车间里的工人.一个进程可以包括多个线程.
6.
车间的空间是工人们共享的,比如许多房间是每个工人都可以进出的.这象征一个进程的内存空间是共享的,每个线程都可以使用这些共享内存.
7.
可是,每间房间的大小不同,有些房间最多只能容纳一个人,比如厕所.里面有人的时候,其他人就不能进去了.这代表一个线程使用某些共享内存时,其他线程必须等它结束,才能使用这一块内存.
8.
一个防止他人进入的简单方法,就是门口加一把锁.先到的人锁上门,后到的人看到上锁,就在门口排队,等锁打开再进去.这就叫"互斥锁"(Mutual exclusion,缩写 Mutex),防止多个线程同时读写某一块内存区域.
9.
还有些房间,可以同时容纳n个人,比如厨房.也就是说,如果人数大于n,多出来的人只能在外面等着.这好比某些内存区域,只能供给固定数目的线程使用.
10.
这时的解决方法,就是在门口挂n把钥匙.进去的人就取一把钥匙,出来时再把钥匙挂回原处.后到的人发现钥匙架空了,就知道必须在门口排队等着了.这种做法叫做"信号量"(Semaphore).用来保证多个线程不会互相冲突.
不难看出,mutex是semaphore的一种特殊情况(n=1时).也就是说,完全可以用后者替代前者.但是，因为mutex较为简单,且效率高,所以在必须保证资源独占的情况下,还是采用这种设计.
11.
操作系统的设计,因此可以归结为三点:
（1）以多进程形式,允许多个任务同时运行;
（2）以多线程形式,允许单个任务分成不同的部分运行;
（3）提供协调机制,一方面防止进程之间和线程之间产生冲突,另一方面允许进程之间和线程之间共享资源.