进程和线程,这一次终于有人说清楚了

2021-05-06 10:20发布

了解进程和线程之前,先来看个小故事

我们写好的一行行代码,为了让其工作起来,我们还得把它送进城(进程)里,那既然进了城里,那肯定不能胡作非为了。

城里人有城里人的规矩,城中有个专门管辖你们的城管(操作系统),人家让你休息就休息,让你工作就工作,毕竟摊位(CPU)就一个,每个人都要占这个摊位来工作,城里要工作的人多着去了。

所以城管为了公平起见,它使用一种策略(调度)方式,给每个人一个固定的工作时间(时间片),时间到了就会通知你去休息而换另外一个人上场工作。

另外,在休息时候你也不能偷懒,要记住工作到哪了,不然下次到你工作了,你忘记工作到哪了,那还怎么继续?

有的人,可能还进入了县城(线程)工作,这里相对轻松一些,在休息的时候,要记住的东西相对较少,而且还能共享城里的资源

好了结束了上面的胡说八道,我们再回过头来再对两者更细致的了解一下进程和线程

 

进程(process)和线程(thread)是操作系统的基本概念,但是它们比较抽象,不容易掌握。假如计算机的核心是CPU,它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂,时刻在运行。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,其他车间都必须停工。背后的含义就是,单个CPU一次只能运行一个任务。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,其他进程处于非运行状态。一个车间里,可以有很多工人。他们协同完成一个任务。

线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。车间的空间是工人们共享的,比如许多房间是每个工人都可以进出的。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。可是,每间房间的大小不同,有些房间最多只能容纳一个人,比如厕所。里面有人的时候,其他人就不能进去了。这代表一个线程使用某些共享内存时,其他线程必须等它结束,才能使用这一块内存。一个防止他人进入的简单方法,就是门口加一把锁。先到的人锁上门,后到的人看到上锁,就在门口排队,等锁打开再进去。这就叫"互斥锁"(Mutual exclusion,缩写 Mutex),防止多个线程同时读写某一块内存区域。还有些房间,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。这好比某些内存区域,只能供给固定数目的线程使用。这时的解决方法,就是在门口挂n把钥匙。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。这种做法叫做"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(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,且效率高,所以在必须保证资源独占的情况下,还是采用这种设计。

操作系统的设计,因此可以归结为三点:

1)以多进程形式,允许多个任务同时运行;

2)以多线程形式,允许单个任务分成不同的部分运行;

3)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。

至于进程中更详细的状态及其切换之类的,后续的再继续和大家分享