进程AND线程的小漫画

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,我读到一篇材料觉得我对进程和线程有一点领悟。

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。

浅谈设计模式

冯老师那天跟我提到设计模式,我觉得还应该很有意思吧,我就逛了逛贴吧和社区。下面就听我这个计算机系的女学渣讲述一下我的学习心得吧。

我:什么是设计模式呢?

师兄:设计可以理解为设计方案,模式呢?是解决问题解决多了,除了一套行之有效方案

我:我对于设计模式的理解,给大家举个例子,以我们的电脑为例子吧,他是一个对象不过有点复杂,是由几千个其它对象组成的,包括主板,硬盘,内存,显卡,网卡,CPU。笔记本在制造的时候,制造商搜集所有零件将它们组装起来。当然啦我们也是可以的,我们可以到京东买一些零件来组装电脑,电脑商并不在乎这些零件是怎么生产的,当然他们要知道零件质量过硬,比如苹果公司会把在各个国家生产的零件搜罗到一起,但是他并不在乎他是怎么生产,制造商只会关心如何通过不同的方式将不同的零件组装起来,以便生产出不同型号的电脑。每种型号的电脑都会有他们独特的设计。设计是需要深思熟虑的,以后的生产只需要遵循设计就好啦。这么一说,加入我们是软件厂商,可以用不同组件来创造出不同的软件。我们尝试着用一种面向对象的方式来开发我们的软件,利用OOD原则来让我们的代码更容易管理、重用和扩展。就像你上面提到的那些相同的问题,如果我们预先就有一些良好的设计,那是不是很棒呢?还有个好消息,我们并不需要自己想。这么多年以来,遭遇同样问题的人们早已发现了许多很棒的解决方案,而且把它们标准化过了。我们管这些方案叫设计模式。

设计其实与生活息息相关,如师兄提到的如果迎宾路堵车,我们该如何解决呢?其实这个问题我们程序的高并发一样。

下一期我们来谈谈这个问题,并谈谈基础的设计问题和解决方案。小女不才,还望包涵。