10步弄清楚CPU与进程和线程的关系

linux

互联网发展到今天，已经是一个非常庞大而又复杂的系统，看似一个简单的QQ消息发送，背后其实是经历了多层互联网协议。计算机也是功能越来越强大，普通的家用笔记本就可以随时同时运行多个程序，计算机是有三头六臂吗，它是怎么做到多个程序同时运行的了？
这个时候我们就要了解操作系统的基本概念：进程（process）和线程（thread）

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。

总结：
其实任务复杂的东西，最初都是由很简单的架构组成，只是随着时间的推移，功能不断的完善和优化，才有了现在的庞大和复杂，我们如果想要搞清楚它，就得从最基础的入手，从它最原始的状态去了解和认识它，了解它的成长史，不知不觉你就会掌握和认识它。