进程和线程比喻详述

╰+攻爆jí腚メ 2022-01-15 00:35 248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。

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"][Link 4]（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"][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.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）

转：http://www.ruanyifeng.com/blog/2013/04/processes\_and\_threads.html

这里有一段知乎上的解释：

看见上面几位的回答我真的是醉了。说几句我的理解。

首先来一句概括的总论：**进程和线程都是一个时间段的描述，是CPU工作时间段的描述。**  
  
**下面细说背景**：  
CPU+RAM+各种资源（比如显卡，光驱，键盘，GPS, 等等外设）构成我们的电脑，但是电脑的运行，实际就是CPU和相关寄存器以及RAM之间的事情。  
  
**一个最最基础的事实**：CPU太快，太快，太快了，寄存器仅仅能够追的上他的脚步，RAM和别的挂在各总线上的设备完全是望其项背。那当多个任务要执行的时候怎么办呢？轮流着来?或者谁优先级高谁来？不管怎么样的策略，一句话就是在CPU看来就是轮流着来。  
  
**一个必须知道的事实**：执行一段程序代码，实现一个功能的过程介绍 ，当得到CPU的时候，相关的资源必须也已经就位，就是显卡啊，GPS啊什么的必须就位，然后CPU开始执行。这里除了CPU以外所有的就构成了这个程序的执行环境，也就是我们所定义的程序上下文。当这个程序执行完了，或者分配给他的CPU执行时间用完了，那它就要被切换出去，等待下一次CPU的临幸。在被切换出去的最后一步工作就是保存程序上下文，因为这个是下次他被CPU临幸的运行环境，必须保存。  
  
**串联起来的事实**：前面讲过在CPU看来所有的任务都是一个一个的轮流执行的，具体的轮流方法就是：***先加载程序A的上下文，然后开始执行A，保存程序A的上下文，调入下一个要执行的程序B的程序上下文，然后开始执行B,保存程序B的上下文*。。。*。*  
  
========= 重要的东西出现了========**  
进程和线程*就是这样的背景出来的****，两个名词不过是对应的CPU时间段的描述，名词就是这样的功能。***

*  **进程就是包换上下文切换的程序执行时间总和** = **CPU加载上下文+CPU执行+CPU保存上下文**

***线程是什么呢？***  
进程的颗粒度太大，每次都要有上下的调入，保存，调出。如果我们把进程比喻为一个运行在电脑上的软件，那么一个软件的执行不可能是一条逻辑执行的，必定有多个分支和多个程序段，就好比要实现程序A，实际分成 a，b，c等多个块组合而成。那么这里具体的执行就可能变成：  
  
程序A得到CPU =》CPU加载上下文，开始执行程序A的a小段，然后执行A的b小段，然后再执行A的c小段，最后CPU保存A的上下文。  
  
这里a，b，c的执行是共享了A的上下文，CPU在执行的时候没有进行上下文切换的。这**里的a，b，c就是线程，也就是说线程是共享了进程的上下文环境，的更为细小的CPU时间段。  
  
到此全文结束，再一个总结：**  
  
**进程和线程都是一个时间段的描述，是CPU工作时间段的描述，不过是颗粒大小不同。**

**来自 https://www.zhihu.com/question/25532384**

[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
[Link 4]: http://zh.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%92%E6%96%A5%E9%94%81
[Link 5]: http://en.wikipedia.org/wiki/Semaphore_%28programming%29