深入淺出程序與執行緒的基本概念

程序(process)和執行緒(

thread)是作業系統的基本概念,但是它們比較抽象,不容易掌握.最近,我讀到一篇材料

,發現有乙個很好的模擬，可以把它們解釋地清晰易懂. 1.

計算機的核心是cpu,它承擔了所有的計算任務.它就像一座工廠,時刻在執行.

假定工廠的電力有限,一次只能供給乙個車間使用.也就是說,乙個車間開工的時候,其他車間都必須停工.背後的含義就是,單個cpu一次只能執行乙個任務.

程序就好比工廠的車間,它代表cpu所能處理的單個任務.任一時刻,cpu總是執行乙個程序,其他程序處於非執行狀態.

乙個車間裡,可以有很多任務人.他們協同完成乙個任務.

執行緒就好比車間裡的工人.乙個程序可以包括多個執行緒.

車間的空間是工人們共享的,比如許多房間是每個工人都可以進出的.這象徵乙個程序的記憶體空間是共享的,每個執行緒都可以使用這些共享記憶體.

可是,每間房間的大小不同,有些房間最多只能容納乙個人,比如廁所.裡面有人的時候,其他人就不能進去了.這代表乙個執行緒使用某些共享記憶體時,其他執行緒必須等它結束,才能使用這一塊記憶體.

乙個防止他人進入的簡單方法,就是門口加一把鎖.先到的人鎖上門,後到的人看到上鎖,就在門口排隊,等鎖開啟再進去.這就叫"互斥鎖"(mutual exclusion,縮寫 mutex),防止多個執行緒同時讀寫某一塊記憶體區域.

還有些房間,可以同時容納n個人,比如廚房.也就是說,如果人數大於n,多出來的人只能在外面等著.這好比某些記憶體區域,只能供給固定數目的執行緒使用.

這時的解決方法,就是在門口掛n把鑰匙.進去的人就取一把鑰匙,出來時再把鑰匙掛回原處.後到的人發現鑰匙架空了,就知道必須在門口排隊等著了.這種做法叫做"訊號量"(semaphore).用來保證多個執行緒不會互相衝突.

不難看出,mutex是semaphore的一種特殊情況(n=1時).也就是說,完全可以用後者替代前者.但是，因為mutex較為簡單,且效率高,所以在必須保證資源獨佔的情況下,還是採用這種設計.

11.作業系統的設計,因此可以歸結為三點:

（1）以多程序形式,允許多個任務同時執行;

（2）以多執行緒形式,允許單個任務分成不同的部分執行;

（3）提供協調機制,一方面防止程序之間和執行緒之間產生衝突,另一方面允許程序之間和執行緒之間共享資源.