操作系统进程深层理解

前言

近期复习回顾了一下操作系统的一些知识点，关于进程的一些深层理解。

一.讲一个小故事

很久很久以前，有一个人，开了一家公司。

投资建造了一个工厂，叫 东厂，招聘了很多工人，有 东甲 东乙 东丙 三个人。

后面赚钱了，又开了第二个厂，叫 西厂，又招了很多人去西厂，有 西甲 西乙 西丙 三个人。

1.单核与多核

当然这是人的世界，而对于计算机来说，CPU就像是那家 公司。

单核的CPU就是一个工厂;

多核的CPU就是多个工厂。

2.进程与线程

工厂其实就是进程，工厂里的工人就是线程。
这就是进程与线程之间的关系，一个进程可以包括多个线程。

3.并发与并行

东厂单独生产的时候，东甲 东乙 东丙 一起工作，这就是并发。
东厂和西厂同时生产，东甲 西甲 一起工作，这就是并行。

二.小老板的一些变化

OK，相信听完这个小故事，你应该对这些概念有了一个初步的理解，我们接下来就研究一下并发的一些线程关系。

接上面的故事，小老板做生意亏掉了，变卖了很多资产，只剩下一个东厂，还有他的三个工人 东甲 东乙 东丙。

1.互斥

因为资产缩水，小老板克扣工厂，压缩工人工时，只建造了一个厕所。
那么问题来了，东甲 东乙 东丙 想要同时上厕所，怎么办呢？

相信上过公共厕所的同学应该都知道啊，应该是以下步骤：

1. 看厕所门标识，绿的表示没人 可以上 红的表示有人 等一等
2. 如果标识是绿的 开门进去上厕所，关门标识变红
3. 上完厕所 开门出去 标识变绿

这个其实就是互斥的概念。

指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。

东甲 东乙 东丙 是都具有一个上厕所的权力的，人人平等，没有先后，因此

互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。

2.Mutex与Semaphore

事实上，这种单个资源，也是“互斥锁”（Mutual exclusion）（缩写 Mutex）的概念，
互斥锁主要是为了防止多个线程同时读写某一块内存区域。

小老板后来良心发现了，他改良了一下厕所，新增了2个厕所，这样上厕所就不用排队了，但是要是后面又有新员工来了怎么办呢？

再加N个厕所？也不现实，只能让员工排队，加了一块电子屏幕，无人显示绿色，有人显示红色。
后到的人发现全是红色，就得门口排队等。

这种做法叫做“信号量”（Semaphore），用来保证多个线程不会互相冲突。

Mutex是Semaphore的一种特殊情况（N=1的情况）。
Mutex简单且效率高，因此在单独资源的情况下，还是采用Mutex。

3.同步

同步的概念其实不难理解，它其实就是通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。

比如说
小老板的东厂，东甲负责生产产品，东乙负责把生产的产品存到仓库里，东丙负责把仓库里的产品搬出去卖掉。
先后顺序肯定是 先东甲再东乙再东丙。

这个就是同步。

三.信号量中的PV操作含义

原来这是狄克斯特拉用荷兰文定义的。
因为在荷兰文中

通过叫passeren
释放叫vrijgeven

PV操作因此得名。这是在计算机术语中不是用英语表达的极少数的例子之一。

P操作:信号量 - 1
V操作:信号量 + 1