理解进程和线程的过程

  • 了解引入进程和线程的意义
  • 进程和线程的定义
  • 进程和线程的关系
  • 进程和线程的应用
  • 进程和线程的通俗理解

通俗理解

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。

最近,我读到一篇材料,发现有一个很好的类比,可以把它们解释地清晰易懂。

1.

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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。

2.

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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。

3.

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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。

4.

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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。

5.

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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。

6.

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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。

7.

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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。

8.

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

9.

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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"(Semaphore),用来保证多个线程不会互相冲突。

11.

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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。

通俗理解部分->原文链接: http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes_and_threads.html

 

小题目

Q:8个人是一个班。由班长负责分配资源,申请分配一次资源(不限个数)的时间为1分钟,归还一次资源(不限个数)的时间为1分钟。每人只能用一把铁锨,1分钟能挖30厘米深的坑。挖8个30厘米深的坑,分别用进程和线程去实现,耗时多久?

A:进程的话,班长先在1分钟内完成资源分配,此时有四个人拿着四个铁锨,一分钟后,四个人挖完四个坑,然后这四个人将铁锨归还,又花一分钟,然后班长再用一分钟资源分配给另外四个人,这四个人花一分钟将剩下的四个坑挖完,最后将四个铁锨还给班长,这又是一分钟一共是1+1+1+1+1+1=6
线程的话,班长现在一分钟内进行资源分配,此时将一把铁锨分给两个人,这样每两个人都会有一把铁锨,一分钟后,两个人中的一个完成挖洞,接着将铁锨给另一个人,再过一分钟,另一个人也挖好洞,此时八个洞都挖好了,最后花一分钟的时间将铁锨还给班长,一共1+1+1+1=4

 


初闻不知曲中意,再听已是曲中人