进程与线程的一个简单解释

zhujs1991 2014-03-27 04:21:19

作者：阮一峰
日期： 2013年4月24日
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.

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.

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.

一个车间里，可以有很多工人。他们协同完成一个任务。
5.

线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。
6.

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.

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.

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.

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.

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.

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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zhangzheqwe 2014-06-11

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yuhouqingchen_2648 2014-06-11

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引用 9 楼 spiniper 的回复:

其实，我想说，理解得不是很正确...。

求指教。。。。。

冰思雨 2014-06-11

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引用楼主 u011602499 的回复:

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）

楼主总结的三点，我有不同的看法：首先，进线程的个数和任务的个数之间，不存在数量关系。可以多进程完成多个任务，也可以多进程相互协作完成一个复杂的任务。多线程也是同理，可以多线程多任务也可以多线程协作完成一个复杂任务。其次，操作系统的资源，包括硬件和软件，进程是分配资源的最小单位。换个角度来讲，就是说，操作系统相当于给每一个进程虚拟了一个完整计算机系统给它独自享用，对于单个进程来讲，仿佛只有它自己一个人在使用这个计算机（当然，操作系统还提供进程通信、进程协作的功能，我说的是仿佛）。但对于线程来讲，它拿到的资源，是进程分配到的资源。操作系统是不会给线程分配什么资源的。第三，线程的产生，是由于进程切换的代价太高而产生的。多进程的操作系统里面，进程得到执行机会是要进行进程切换的，主要是现场保护和互斥资源的锁处理等操作，因为系统为进程维护的是整个系统的所有资源，所以，切换时这些资源都要有个处理操作，因此代价相对较大。那么，我们可以资源先不着急切换，我们可以让进程拥有更多的执行机会，于是线程就产生了，每个线程都有一份执行的机会。