計算機操作系統(tǒng)“進程”與“線程”的通俗解析
進程:進程是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。
線程:線程是進程的一個實體,是CPU調(diào)度和分派的基本單位,線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源,只擁有一點在系統(tǒng)運行中必不可少的資源,但是它可與同屬一個進程的其他線程共享進程所擁有的全部資源。
進程(process)和線程(thread)是操作系統(tǒng)的基本概念,但是它們比較抽象,不容易掌握。
今天看到一篇材料,發(fā)現(xiàn)有一個很好的類比,可以把它們解釋地清晰易懂。
1、計算機的核心是CPU,它承擔了所有的計算任務。它就像一座工廠,時刻在運行。
2、假定工廠的電力有限,一次只能供給一個車間使用。也就是說,一個車間開工的時候,其他車間都必須停工。背后的含義就是,單個CPU一次只能運行一個任務。
3、進程就好比工廠的車間,它代表CPU所能處理的單個任務。任一時刻,CPU總是運行一個進程,其他進程處于非運行狀態(tài)。
4、一個車間里,可以有很多工人。他們協(xié)同完成一個任務。
5、線程就好比車間里的工人。一個進程可以包括多個線程。
6、車間的空間是工人們共享的,比如許多房間是每個工人都可以進出的。這象征一個進程的內(nèi)存空間是共享的,每個線程都可以使用這些共享內(nèi)存。
7、可是,每間房間的大小不同,有些房間最多只能容納一個人,比如廁所。里面有人的時候,其他人就不能進去了。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,才能使用這一塊內(nèi)存。
8、一個防止他人進入的簡單方法,就是門口加一把鎖。先到的人鎖上門,后到的人看到上鎖,就在門口排隊,等鎖打開再進去。這就叫“互斥鎖”(Mutual exclusion,縮寫 Mutex),防止多個線程同時讀寫某一塊內(nèi)存區(qū)域。
9、還有些房間,可以同時容納n個人,比如廚房。也就是說,如果人數(shù)大于n,多出來的人只能在外面等著。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。
10、這時的解決方法,就是在門口掛n把鑰匙。進去的人就取一把鑰匙,出來時再把鑰匙掛回原處。后到的人發(fā)現(xiàn)鑰匙架空了,就知道必須在門口排隊等著了。這種做法叫做“信號量”(Semaphore),用來保證多個線程不會互相沖突。
不難看出,mutex是semaphore的一種特殊情況(n=1時)。也就是說,完全可以用后者替代前者。但是,因為mutex較為簡單,且效率高,所以在必須保證資源獨占的情況下,還是采用這種設計。
11、操作系統(tǒng)的設計,因此可以歸結(jié)為三點:
以多進程形式,允許多個任務同時運行;
以多線程形式,允許單個任務分成不同的部分運行;
提供協(xié)調(diào)機制,一方面防止進程之間和線程之間產(chǎn)生沖突,另一方面允許進程之間和線程之間共享資源。
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