0x01 什么是進(jìn)程，為什么要有線程

程序并不能單獨(dú)運(yùn)行，只有將程序裝載到內(nèi)存中，系統(tǒng)為它分配資源才能運(yùn)行，而這種執(zhí)行的程序就稱之為進(jìn)程。程序和進(jìn)程的區(qū)別就在于：程序是指令的集合，它是進(jìn)程運(yùn)行的靜態(tài)描述文本；進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行活動(dòng)，屬于動(dòng)態(tài)概念。

進(jìn)程有很多優(yōu)點(diǎn)，它讓我們感覺我們每個(gè)人都擁有自己的CPU和其他資源，可以提高計(jì)算機(jī)的利用率。仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)進(jìn)程還是有很多缺陷的，主要體現(xiàn)在兩點(diǎn)上：

1進(jìn)程只能在一個(gè)時(shí)間干一件事，如果想同時(shí)干兩件事或多件事，進(jìn)程就無能為力了。

2進(jìn)程在執(zhí)行的過程中如果阻塞，例如等待輸入，整個(gè)進(jìn)程就會(huì)掛起，即使進(jìn)程中有些工作不依賴于輸入的數(shù)據(jù)，也將無法執(zhí)行。

如果這兩個(gè)缺點(diǎn)理解比較困難的話，舉個(gè)現(xiàn)實(shí)的例子也許你就清楚了：如果把我們上課的過程看成一個(gè)進(jìn)程的話，那么我們要做的是耳朵聽老師講課，手上還要記筆記，腦子還要思考問題，這樣才能高效的完成聽課的任務(wù)。而如果只提供進(jìn)程這個(gè)機(jī)制的話，上面這三件事將不能同時(shí)執(zhí)行，同一時(shí)間只能做一件事，聽的時(shí)候就不能記筆記，也不能用腦子思考，這是其一；如果老師在黑板上寫演算過程，我們開始記筆記，而老師突然有一步推不下去了，阻塞住了，他在那邊思考著，而我們呢，也不能干其他事，即使你想趁此時(shí)思考一下剛才沒聽懂的一個(gè)問題都不行，這是其二。

現(xiàn)在你應(yīng)該明白了進(jìn)程的缺陷了，而解決的辦法很簡單，我們完全可以讓聽、寫、思三個(gè)獨(dú)立的過程，并行起來，這樣很明顯可以提高聽課的效率。而實(shí)際的操作系統(tǒng)中，也同樣引入了這種類似的機(jī)制——線程。

0x02 進(jìn)程與線程的一個(gè)簡單解釋

進(jìn)程（process）和線程（thread）是操作系統(tǒng)的基本概念，它們比較抽象，不容易掌握。最近看到大神" 阮一峰 "的《如何變得有思想》一書中的一篇文章，很好的闡明了這個(gè)概念，分享一下：

1計(jì)算機(jī)的核心是CPU，它承擔(dān)了所有的計(jì)算任務(wù)。它就像一座工廠，時(shí)刻在運(yùn)行。

2假定工廠的電力有限，一次只能供給一個(gè)車間使用。也就是說，一個(gè)車間開工的時(shí)候，其他車間都必須停工。背后的含義就是，單個(gè)CPU一次只能運(yùn)行一個(gè)任務(wù)。

3進(jìn)程就好比工廠的車間，它代表CPU所能處理的單個(gè)任務(wù)。任一時(shí)刻，CPU總是運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程，其他進(jìn)程處于非運(yùn)行狀態(tài)。

4一個(gè)車間里，可以有很多工人。他們協(xié)同完成一個(gè)任務(wù)。

5線程就好比車間里的工人。一個(gè)進(jìn)程可以包括多個(gè)線程。

6車間的空間是工人們共享的，比如許多房間是每個(gè)工人都可以進(jìn)出的。這象征一個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存空間是共享的，每個(gè)線程都可以使用這些共享內(nèi)存。

7可是，每間房間的大小不同，有些房間最多只能容納一個(gè)人，比如廁所。里面有人的時(shí)候，其他人就不能進(jìn)去了。這代表一個(gè)線程使用某些共享內(nèi)存時(shí)，其他線程必須等它結(jié)束，才能使用這一塊內(nèi)存。

8一個(gè)防止他人進(jìn)入的簡單方法，就是門口加一把鎖。先到的人鎖上門，后到的人看到上鎖，就在門口排隊(duì)，等鎖打開再進(jìn)去。這就叫"互斥鎖"（Mutual exclusion，縮寫 Mutex），防止多個(gè)線程同時(shí)讀寫某一塊內(nèi)存區(qū)域。

9還有些房間，可以同時(shí)容納n個(gè)人，比如廚房。也就是說，如果人數(shù)大于n，多出來的人只能在外面等著。這好比某些內(nèi)存區(qū)域，只能供給固定數(shù)目的線程使用。

10這時(shí)的解決方法，就是在門口掛n把鑰匙。進(jìn)去的人就取一把鑰匙，出來時(shí)再把鑰匙掛回原處。后到的人發(fā)現(xiàn)鑰匙架空了，就知道必須在門口排隊(duì)等著了。這種做法叫做"信號(hào)量"（Semaphore），用來保證多個(gè)線程不會(huì)互相沖突。

不難看出，mutex是semaphore的一種特殊情況（n=1時(shí)）。也就是說，完全可以用后者替代前者。但是，因?yàn)閙utex較為簡單，且效率高，所以在必須保證資源獨(dú)占的情況下，還是采用這種設(shè)計(jì)。

0x03 操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因此可以歸結(jié)為三點(diǎn)

（1）以多進(jìn)程形式，允許多個(gè)任務(wù)同時(shí)運(yùn)行；

（2）以多線程形式，允許單個(gè)任務(wù)分成不同的部分運(yùn)行；

（3）提供協(xié)調(diào)機(jī)制，一方面防止進(jìn)程之間和線程之間產(chǎn)生沖突，另一方面允許進(jìn)程之間和線程之間共享資源。