发现一篇读起来不错的好文章,整理后分享给大家,在此声明,此文非原创。
角色:
工厂:CUP
车间:进程
工人:线程
故事:
首先,计算机的核心是CPU,如同一个时刻运行的工厂,承担着计算机的所有计算任务。
但是,工厂的电力(算力)是有限的,一次只能供给一个车间使用。那么,在这个车间开工的时候,其他车间就都必须停工。即单个CPU一次只能运行一个任务。
进程可以类比为车间,它代表着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。
一个车间里,可以有很多工人。他们协同完成一个任务。线程就好比车间里的工人。一个进程可以包括多个线程。
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,这表示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。
然而,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。
为了防止他人进入,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。
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。
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。