刷新認識！進程與線程的一個簡單解釋

這是一篇7年前的舊文，但絕對值得一讀。尤其是剛接觸計算機不久的新手，通過此文可以對進程、線程有個相對直觀的認知。但科普文重在通俗易懂，更進一步的學習還需查閱相關的資料，對技術的理解不可僅停留在直觀印象而已。

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。

最近，我讀到一篇材料[1]，發(fā)現(xiàn)有一個很好的類比，可以把它們解釋地清晰易懂。

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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)。

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一個車間里，可以有很多工人。他們協(xié)同完成一個任務。

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線程就好比車間里的工人。一個進程可以包括多個線程。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

參考資料：[1]

http://www.qnx.com/developers/docs/6.4.1/neutrino/getting_started/s1_procs.html

作者：阮一峰

來源：阮一峰的網(wǎng)絡日志