进程、线程和并发编程

Question

我需要一些帮助来了解并发编程的基础知识。事实上，我读得越多，我就越感到困惑。 所以，我明白一个进程是一个程序的一个实例，它是按顺序执行的，它可以由一个或多个线程组成。在单核 CPU 中，一次只能执行一个线程，而在多核 CPU 中，可以同时运行多个线程。 现在的问题是：

1) 例如，四核 CPU 可以同时运行多少个线程和进程？同时只有四个线程？并且只有 1 个进程？

2) 并行性是否仅适用于线程而不适用于进程？例如，如果我在三核 CPU 上运行三个不同的应用程序（=进程），例如浏览器网络、文字处理器和计算器，它们是否可以只为每个应用程序使用一个内核并同时运行？

3) 在很多书籍中，你可以找到三种状态的解释：runnable、blocked和running。它们是指进程还是线程或两者兼而有之？我不明白。 谢谢你。

Answer 1

从概念层面，您可以认为进程和线程非常相似。主要区别在于，通常线程只能访问生成它的进程中包含的内存，而进程提供了一种简单的方法来杀死一组线程。因此，当一个操作系统产生多个进程时，一个进程产生多个线程。我敢肯定有人可以区分这两种说法，但我发现它们至少在表面上是正确的。

我必须首先回答您的第三个问题，以便为您的其他问题提供更好的背景。线程和进程以RUNNABLE 状态开始，这意味着它可以被线程/进程调度程序选择为在给定内核上运行的下一个线程/进程。一旦它被选中，它就会被加载到该内核的上下文中并进入RUNNING 状态。这一直持续到线程/进程完成其操作并死亡，或者它等待某个条件。该等待将其置于BLOCKED 状态。一旦该条件被解除，它就会进入RUNNABLE 状态（即使该条件稍后变为真！）

对于您的第一个问题，您可以根据系统资源生成尽可能多的进程和线程，但在任何给定时间，每个虚拟内核只有一个是 RUNNING。 （这是上面概述的选择过程。）请注意，当我说虚拟内核时，我指的是操作系统报告为内核的内容。先进的技术使我们能够将看似多个核心的东西放在同一个核心上。因此，您可能有一个具有双超线程的 4 核系统，它将向操作系统报告 8 个内核。这是一个我们通常不关心的抽象——我们只关心操作系统说我们有多少内核并使用它。

对于第二个问题，两者都可以并行，但您需要以不同的方式管理它们的内存。进程通常会使用文件系统或数据库来共享它们的内存（尽管进程间通信是可能的，但根据我的经验，这更加困难）。线程具有共享内存空间的优势，但这也意味着它们必须位于同一个系统上——通过可从不同机器访问的数据库，您可以在不同机器上并行处理进程。

Answer 2

1) 是的，在 4 核/4 线程 CPU 上，一次只能运行 4 个线程。如果我们谈论具有超线程的 CPU，事情会稍微复杂一些，但老实说，我不是解释它的合适人选。

2) 是的，这是可能的。四核 CPU 一次可以运行 4 个线程 - 这些线程可能都属于同一个进程，也可能属于 4 个不同的进程。

3) 它们指的是线程。一个正在运行的线程是一个被赋予了时间片并且当前正在由 CPU 执行的线程。例如，阻塞线程是等待 I/O 结果的线程。可运行线程是不再被阻塞、准备好运行但尚未获得时间片的线程。