進(jìn)程（process）和線程（thread）是操作系統(tǒng)的基本概念，但是它們比較抽象，不容易掌握。

最近，我讀到一篇材料，發(fā)現(xiàn)有一個很好的類比，可以把它們解釋地清晰易懂。

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

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

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

4、一個車間里，可以有很多工人。他們協(xié)同完成一個任務(wù)。

5、線程就好比車間里的工人。一個進(jìn)程可以包括多個線程。

6、車間的空間是工人們共享的，比如許多房間是每個工人都可以進(jìn)出的。這象征一個進(jìn)程的內(nèi)存空間是共享的，每個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人，比如廁所。里面有人的時候，其他人就不能進(jìn)去了。這代表一個線程使用某些共享內(nèi)存時，其他線程必須等它結(jié)束，才能使用這一塊內(nèi)存。

8、一個防止他人進(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，等鎖打開再進(jìn)去。這就叫“互斥鎖”（Mutual exclusion，縮寫 Mutex），防止多個線程同時讀寫某一塊內(nèi)存區(qū)域。

9、還有些房間，可以同時容納 n 個人，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等著了。這種做法叫做“信號量”（Semaphore），用來保證多個線程不會互相沖突。

不難看出，mutex 是 semaphore 的一種特殊情況（n=1 時）。也就是說，完全可以用后者替代前者。但是，因?yàn)?mutex 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。

11、操作系統(tǒng)的設(shè)計，因此可以歸結(jié)為三點(diǎn)：

（1）以多進(jìn)程形式，允許多個任務(wù)同時運(yùn)行；

（2）以多線程形式，允許單個任務(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。

審核編輯黃昊宇