这是一篇多年前的旧文,但绝对值得一读。尤其对于刚刚接触计算机不久的新手,通过此文可以对进程、线程有一个相对直观的认知。不过,科普**重在通俗易懂,要想更进一步的学习,还得多多查阅相关资料,对技术的理解不可仅停留在直观印象而已。
进程(process)和线程(thread)是操作系统的基本概念,但它们比较抽象,不容易掌握。最近,笔者读到一篇材料,发现有一个很好的类比,可以把它们解释得清晰易懂。
【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,其它车间都必须停工。这背后的含义就是,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,其它进程则处于非运行状态。
【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,比如大多数的房间都是允许工人们进出的。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,每个房间的大小不同,有些房间最多只能容纳一个人,比如卫生间,当里面有一个人时,别人就不能进去了。这代表一个线程使用某些共享内存时,其它线程必须等其结束,才能使用这一块内存。
【8】
一个防止他人进入的简单方法,就是在门口加一把锁。先到的人锁上门,后到的人看到上锁,就会在门口排队,等锁打开了再进去。这就叫“互斥锁”(Mutual exclusion,缩写为Mutex),防止多个线程的同时,读写某一块内存区域。
【9】
还有一些房间,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。这就好比某些内存区域,只能供给固定数目的线程使用。
【10】
这时的解决方法是,在门口挂n把钥匙。凡是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“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(当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,且效率偏高,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,可以归结为三点:
一是,以多进程形式,允许多个任务同时运行;
二是,以多线程形式,允许单个任务分成不同的部分运行;
三是,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。
**来源:阮一峰的网络日志
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