图解线程和进程(小白看完了也能懂)

我们都知道,进程(process)和线程(thread)是操作系统最基本的几个概念,也是面试官在操作系统部分最喜欢考察的问题之一。然而这两个概念一直比较抽象,不太容易形象化地理解和掌握。

本文会对线程和进程进行很形象的描述,当面对面试官时,也能侃侃而谈!

一:进程和线程概要

1、计算机的核心是CPU,好比一个工厂,每时每刻都在不停的运作,好比电脑开机后,每时每刻都在进行各种处理


工厂

2、假设这个工厂目前电力不够,一次只能提供给一个生产车间进行使用,当这个生产车间开启时,其他生产车间都必须停工,背后的含义就是一个CPU只能同时运行一个任务


3、那么问题来了,什么是进程呢,进程就好比上面例子中的生产车间,他代表了一个CPU同时处理的单个任务,请记住,任一时刻,CPU都只能运行一个进程,其他的进程都是非运行的状态


4、进程介绍完了,那么什么是线程呢,线程就是一个车间里的一个工人,一个车间里有很多工人,他们各司其职,协同完成任务,所以,一个进程可以包含多个线程


5、一个车间的茶水室,办公室,厕所等房间都是所有工人共享的,每个工人都可以自由出入,这象征着一个进程中,所有的线程共享同一块内存空间。


7但是问题来了,有的车间可能只有一间厕所,当别人占用时,其他人就只能干等着,不能进去,背后的含义就是当一个线程使用某块共享内存时,其他线程必须等它使用完毕,才能使用这块内存。


8、当上厕所时,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,并做个上锁的标记,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”( Mutex),防止多个线程同时读写某一块内存区域引起混乱


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、综上所述,操作系统的设计,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。

二:线程间通信,进程间通信

python 可以通过 thread 或 threading 模块实现多线程,threading 相比 thread 提供了更高阶、更全面的线程管理。我们下文主要以 threading 模块介绍多线程的基本用法。

预知详情如何请听下回分解~

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