• 进程与线程的理解和直观比喻


    进程(process)和线程(thread)是操作系统的基本概念,可是它们比較抽象。不easy掌握。

    近期,我读到一篇材料,发现有一个非常好的类比,能够把它们解释地清晰易懂。

    1.

    计算机的核心是CPU,它承担了全部的计算任务。它就像一座工厂,时刻在执行。

    2.

    假定工厂的电力有限,一次仅仅能供给一个车间使用。

    也就是说,一个车间开工的时候,其它车间都必须停工。背后的含义就是。单个CPU一次仅仅能执行一个任务。

    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总是执行一个进程。其它进程处于非执行状态。

    4.

    一个车间里,能够有非常多工人。他们协同完毕一个任务。

    5.

    线程就好比车间里的工人。一个进程能够包含多个线程。

    6.

    车间的空间是工人们共享的。比方很多房间是每一个工人都能够进出的。这象征一个进程的内存空间是共享的,每一个线程都能够使用这些共享内存。

    7.

    但是。每间房间的大小不同,有些房间最多仅仅能容纳一个人。比方厕所。里面有人的时候,其它人就不能进去了。这代表一个线程使用某些共享内存时,其它线程必须等它结束。才干使用这一块内存。

    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"相互排斥锁"(Mutual exclusion,缩写 Mutex),防止多个线程同一时候读写某一块内存区域。

    9.

    还有些房间,能够同一时候容纳n个人,比方厨房。

    也就是说,假设人数大于n,多出来的人仅仅能在外面等着。这好比某些内存区域,仅仅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。这样的做法叫做"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。全然能够用后者替代前者。可是。由于mutex较为简单。且效率高,所以在必须保证资源独占的情况下。还是採用这样的设计。

    11.

    操作系统的设计,因此能够归结为三点:

    (1)以多进程形式。同意多个任务同一时候执行;

    (2)以多线程形式。同意单个任务分成不同的部分执行。

    (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。还有一方面同意进程之间和线程之间共享资源。

    文章參考自--阮一峰的网络日志

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