进程和线程的形象描述

迈不过友情╰ 2022-08-05 00:57 157阅读 0赞

[进程][Link 1]（process）和[线程][Link 2]（thread）是操作系统的基本概念，但是它们比较抽象，不容易掌握。

最近，我读到一篇[材料][Link 3]，发现有一个很好的类比，可以把它们解释地清晰易懂。

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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。

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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。

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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。

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一个车间里，可以有很多工人。他们协同完成一个任务。

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线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。

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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。

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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。

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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"][Link 4]（Mutual exclusion，缩写 Mutex），防止多个线程同时读写某一块内存区域。

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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。

10.

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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"][Link 5]（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。

11.

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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。

[Link 1]: https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E8%BF%9B%E7%A8%8B
[Link 2]: https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E7%BA%BF%E7%A8%8B
[Link 3]: http://www.qnx.com/developers/docs/6.4.1/neutrino/getting_started/s1_procs.html
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[Link 4]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%92%E6%96%A5%E9%94%81
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[24231005-f8b8ff4e03ec4cca84d2976ba2c69aba.jpg]: /images/20220805/d53baee90f6f4385a8e6da8be1a6163f.png
[Link 5]: http://en.wikipedia.org/wiki/Semaphore_%28programming%29
[24231004-af56379265f44ab595760f4438624f06.png]: /images/20220805/310b7fcca15145a89987e771a231bc93.png