进程与线程的一个简单解释

来源:阮一峰

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.

进程与线程的一个简单解释

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.

进程与线程的一个简单解释

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.

进程与线程的一个简单解释

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.

进程与线程的一个简单解释

一个车间里,可以有很多工人。他们协同完成一个任务。

5.

进程与线程的一个简单解释

线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。

6.

进程与线程的一个简单解释

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.

进程与线程的一个简单解释

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.

进程与线程的一个简单解释

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.

进程与线程的一个简单解释

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.

进程与线程的一个简单解释

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。

11.

进程与线程的一个简单解释

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。

(完)

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最新评论
  • 好生动 好形象

  • raof01   2013/04/25

    在现代的OS里,进程与线程的区别不大,进程相比于线程,多了内存管理和映射,也就是有了”边界“,线程只能在这个边界限定的范围内工作。切换线程不需要切换内存映射表,而切换进程则需要。

  • zhaoyou   2013/04/25

    cool

  • 比喻非常不错,要是大学的课本也这样讲,估计很多人都不会为这两个概念迷糊了!

  • 小江   2013/04/25

    我擦呀mutex不是sem=1的特殊情况好不好。。拿到mutex的线程可以反复进入被保护的代码块,sem只是简单的计数器,不管线程,没有拥有者一说。说起来sem实现更简单。

  • river   2013/04/25

    讲得太形象,太棒了

  • hofuqi   2013/04/26

    为什么现在访问速度越来越慢了

  • soil   2013/05/04

    我想简单的知道,虽然CPU总是运行一个进程,其他进程处于非运行状态,但是当我们同时运行多个程序(进程)时,CPU是怎么在这些程序之间来回切换,以保证每个程序都运行流畅的?尽管我能理解CPU的运算速度是很快很快的。

    • 无名   2013/05/09

      1.首先CPU上分配的计算(可执行代码)单元是以线程组织的,进程只不过是Os用来描述这些计算单元和其所使用内存资源的数据结构。CPU上真正执行的都是线程。一个进程可以有多个线程。
      2.现代的Cpu都是可以并发执行多个计算单元,你的多个程序(进程)上的不同线程均可以同时执行,即使是比较老的Cpu,通过非独占时分时执行,你也会感觉到是并发执行的。

    • reader116   2013/05/11

      以时间片轮转的。cpu的运行效率是纳秒级别的,所以他在一个时间段内运行多个程序的时候,从人类的视角来看,他也是连续不间断的(单个进程的持续时间很短以至于骗过了人类的视觉)。cpu会保持一个阻塞队列,时间一到,自动阻塞当前进程跳转到要执行的进程(这又与优先级有关系,总之很复杂···)而且,现在一般的计算机都不止一个cpu,一般都是双核,这就更方便了他的时间片轮转。。

  • sokrates   2013/05/25

    赞一个,要是有一本这样的辞典就好了,一定可以帮助很多初学者的

  • abner   2013/08/06

    讲的很好,很形象通俗,很容易理解,可谓精辟!

  • turandot   2014/06/02

    线程与进程:
    1、线程与进程都为了多个任务并发或协作完成某项任务
    2、隔离不同,线程是一个“玻璃房子”,线程间能方便交换数据,但如果一个线程有问题,则整个房子倒了
    进程则是完全独立的房子,只提供IPC交换数据,相互不影响。

  • 卡爱   2014/06/25

    很赞

  • 我有个疑问,这是只针对单核CPU的吗?里面提到,CPU任一时刻只能处理单一的进程。

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