來源:阮一峰的網(wǎng)絡(luò)日志
進(jìn)程和線程(thread)是操作系統(tǒng)的基本概念蟋软,但是它們比較抽象,不容易掌握专甩。
最近钟鸵,我讀到一篇材料,發(fā)現(xiàn)有一個很好的類比涤躲,可以把它們解釋地清晰易懂棺耍。
計算機的核心是CPU,它承擔(dān)了所有的計算任務(wù)种樱。它就像一座工廠蒙袍,時刻在運行。
假定工廠的電力有限嫩挤,一次只能供給一個車間使用害幅。也就是說,一個車間開工的時候岂昭,其他車間都必須停工以现。背后的含義就是,單個CPU一次只能運行一個任務(wù)约啊。
進(jìn)程就好比工廠的車間邑遏,它代表CPU所能處理的單個任務(wù)。任一時刻恰矩,CPU總是運行一個進(jìn)程记盒,其他進(jìn)程處于非運行狀態(tài)。
一個車間里外傅,可以有很多工人纪吮。他們協(xié)同完成一個任務(wù)俩檬。
線程就好比車間里的工人。一個進(jìn)程可以包括多個線程碾盟。
車間的空間是工人們共享的棚辽,比如許多房間是每個工人都可以進(jìn)出的。這象征一個進(jìn)程的內(nèi)存空間是共享的巷疼,每個線程都可以使用這些共享內(nèi)存晚胡。
可是,每間房間的大小不同嚼沿,有些房間最多只能容納一個人估盘,比如廁所。里面有人的時候骡尽,其他人就不能進(jìn)去了遣妥。這代表一個線程使用某些共享內(nèi)存時,其他線程必須等它結(jié)束攀细,才能使用這一塊內(nèi)存箫踩。
一個防止他人進(jìn)入的簡單方法,就是門口加一把鎖谭贪。先到的人鎖上門境钟,后到的人看到上鎖,就在門口排隊俭识,等鎖打開再進(jìn)去慨削。這就叫"互斥鎖"(Mutual exclusion,縮寫 Mutex)套媚,防止多個線程同時讀寫某一塊內(nèi)存區(qū)域缚态。
還有些房間,可以同時容納n個人堤瘤,比如廚房玫芦。也就是說,如果人數(shù)大于n本辐,多出來的人只能在外面等著桥帆。這好比某些內(nèi)存區(qū)域,只能供給固定數(shù)目的線程使用慎皱。
這時的解決方法环葵,就是在門口掛n把鑰匙。進(jìn)去的人就取一把鑰匙宝冕,出來時再把鑰匙掛回原處。后到的人發(fā)現(xiàn)鑰匙架空了邓萨,就知道必須在門口排隊等著了地梨。這種做法叫做"信號量"(Semaphore)菊卷,用來保證多個線程不會互相沖突。
不難看出宝剖,mutex是semaphore的一種特殊情況(n=1時)洁闰。也就是說,完全可以用后者替代前者万细。但是扑眉,因為mutex較為簡單,且效率高赖钞,所以在必須保證資源獨占的情況下腰素,還是采用這種設(shè)計。
操作系統(tǒng)的設(shè)計雪营,因此可以歸結(jié)為三點:
(1)以多進(jìn)程形式弓千,允許多個任務(wù)同時運行;
(2)以多線程形式献起,允許單個任務(wù)分成不同的部分運行洋访;
(3)提供協(xié)調(diào)機制,一方面防止進(jìn)程之間和線程之間產(chǎn)生沖突谴餐,另一方面允許進(jìn)程之間和線程之間共享資源姻政。
(完)