高并发系列之五:进程和线程

进程和线程是操作系统的基本概念,抽象且不容易理解

  1. 计算机的核心是CPU,他承担了所有的计算任务,他就像一个工厂,时刻在运行。
  2. 假定工厂的电力有限,同一时间只能给一个车间供电,也就是说,当一个车间工作时,其他的车间必须停工,言外之意就是,CPU在一次只能运行一个任务。
  3. 进程就好比车间,它代表CPU能够处理的单个任务。任意时刻,CPU只能运行一个进程,其他进程处于非运行状态。
  4. 一个车间里会有很多工人,每个工人就好比是线程,他们共同完成任务,一个进程中可以有多个线程。
  5. 车间的空间对于工人来说都是共享的,比如每个房间工人都是可以进出的,这表示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空间。
  6. 可是,每个房间的大小不同,有些房间可以多个人一起使用,比如厨房,有些空间只能一个人使用,比如厕所,如果厕所里面有人,其他人要是用厕所就必须在外面等待,这表示一个线程在使用某些共享内存的时候,其他人必须等到他使用结束才可以使用这一块内存。
  7. 防止他人进入的方法,简单就是加锁,先到的人在门口加锁,其他人看到门被锁了之后就只能在外面等待,等锁被打开了他才能进去,这就是"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。
  8. 还有些空间可以容纳多个人,比如厨房,但是他的空间是有限的,也就是说,当人数大于n个人的时候,就得在外面等待,就好比一些内存空间,只能供给固定数量的线程使用。这种问题的解决方案就是在门口挂n把钥匙,进去一个人用一把钥匙,出来之后再把钥匙挂上去,挂的钥匙用完了,后面的人就只能等待,这种做法叫"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),也就是说,后者可以替代前者,因Mutex比较简单,且效率高,所以在保证资源必须独占的情况下,我们使用这种设计。

操作系统的设计,可以归纳为

  1. 以多进程方式,允许多个任务同时进行
  2. 以多线程方式,允许每个任务可以分成多个不同的部分运行
  3. 提供协调机制,阻止进程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
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