進(jìn)程(process)和線程(thread)是操作系統(tǒng)的基本概念匪蝙,但是它們比較抽象敛摘,不容易掌握门烂。
進(jìn)程:程序的一次執(zhí)行 線程:CPU的基本調(diào)度單位
1.計(jì)算機(jī)的核心是CPU,它承擔(dān)了所有的計(jì)算任務(wù)兄淫。它就像一座工廠屯远,時(shí)刻在運(yùn)行。
- 假定工廠的電力有限捕虽,一次只能供給一個(gè)車間使用慨丐。也就是說,一個(gè)車間開工的時(shí)候泄私,其他車間都必須停工房揭。背后的含義就是,單個(gè)CPU一次只能運(yùn)行一個(gè)任務(wù)晌端。
- 進(jìn)程就好比工廠的車間捅暴,它代表CPU所能處理的單個(gè)任務(wù)。任一時(shí)刻咧纠,CPU總是運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程蓬痒,其他進(jìn)程處于非運(yùn)行狀態(tài)。
- 一個(gè)車間里漆羔,可以有很多工人梧奢。他們協(xié)同完成一個(gè)任務(wù)。
- 線程就好比車間里的工人演痒。一個(gè)進(jìn)程可以包括多個(gè)線程亲轨。
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車間的空間是工人們共享的,比如許多房間是每個(gè)工人都可以進(jìn)出的嫡霞。這象征一個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存空間是共享的瓶埋,每個(gè)線程都可以使用這些共享內(nèi)存。
- 可是诊沪,每間房間的大小不同养筒,有些房間最多只能容納一個(gè)人,比如廁所端姚。里面有人的時(shí)候晕粪,其他人就不能進(jìn)去了。這代表一個(gè)線程使用某些共享內(nèi)存時(shí)渐裸,其他線程必須等它結(jié)束巫湘,才能使用這一塊內(nèi)存装悲。
- 一個(gè)防止他人進(jìn)入的簡單方法,就是門口加一把鎖尚氛。先到的人鎖上門诀诊,后到的人看到上鎖,就在門口排隊(duì)阅嘶,等鎖打開再進(jìn)去属瓣。這就叫"互斥鎖"(Mutual exclusion,縮寫 Mutex)讯柔,防止多個(gè)線程同時(shí)讀寫某一塊內(nèi)存區(qū)域抡蛙。
- 還有些房間,可以同時(shí)容納n個(gè)人魂迄,比如廚房粗截。也就是說,如果人數(shù)大于n捣炬,多出來的人只能在外面等著郭赐。這好比某些內(nèi)存區(qū)域芍阎,只能供給固定數(shù)目的線程使用。
- 這時(shí)的解決方法,就是在門口掛n把鑰匙到踏。進(jìn)去的人就取一把鑰匙赦政,出來時(shí)再把鑰匙掛回原處我抠。后到的人發(fā)現(xiàn)鑰匙架空了乏沸,就知道必須在門口排隊(duì)等著了。這種做法叫做"信號量"(Semaphore)美莫,用來保證多個(gè)線程不會互相沖突页眯。
不難看出,mutex是semaphore的一種特殊情況(n=1時(shí))厢呵。也就是說窝撵,完全可以用后者替代前者。但是襟铭,因?yàn)閙utex較為簡單碌奉,且效率高,所以在必須保證資源獨(dú)占的情況下寒砖,還是采用這種設(shè)計(jì)赐劣。
操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì),因此可以歸結(jié)為三點(diǎn):
(1)以多進(jìn)程形式哩都,允許多個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行魁兼;
(2)以多線程形式,允許單個(gè)任務(wù)分成不同的部分運(yùn)行漠嵌;
(3)提供協(xié)調(diào)機(jī)制咐汞,一方面防止進(jìn)程之間和線程之間產(chǎn)生沖突盖呼,另一方面允許進(jìn)程之間和線程之間共享資源。