操作系统之并发、并行、进程、线程、单核、多核_单核 多线程 并发 问题

对多进程和多线程、并行和并发、CPU单核和多核的理解

并发和并行

“并发”指的是程序的结构，“并行”指的是程序运行时的状态

并发： 当有多个线程在操作时,如果系统只有一个CPU,则它根本不可能真正同时进行一个以上的线程，它只能把CPU运行时间划分成若干个时间段,再将时间 段分配给各个线程执行，在一个时间段的线程代码运行时，其它线程处于挂起状。.这种方式我们称之为并发(Concurrent)。

图片来源于: https://blog.csdn.net/qq_33290787/article/details/51790605

• Concurrency，是并发的意思。并发的实质是一个物理CPU(也可以多个物理CPU) 在若干道程序（或线程）之间多路复用，并发性是对有限物理资源强制行使多用户共享以提高效率。
• 微观角度：所有的并发处理都有排队等候，唤醒，执行等这样的步骤，在微观上他们都是序列被处理的，如果是同一时刻到达的请求（或线程）也会根据优先级的不同，而先后进入队列排队等候执行。
• 宏观角度：多个几乎同时到达的请求（或线程）在宏观上看就像是同时在被处理。
• 通俗点讲，并发就是只有一个CPU资源，程序（或线程）之间要竞争得到执行机会。图中的第一个阶段，在A执行的过程中B，C不会执行，因为这段时间内这个CPU资源被A竞争到了，同理，第二个阶段只有B在执行，第三个阶段只有C在执行。其实，并发过程中，A，B，C并不是同时在进行的（微观角度）。但又是同时进行的（宏观角度）。

并行： 当系统有一个以上CPU时,则线程的操作有可能非并发。当一个CPU执行一个线程时，另一个CPU可以执行另一个线程，两个线程互不抢占CPU资源，可以同时进行，这种方式我们称之为并行(Parallel)。

图片来源于: https://blog.csdn.net/qq_33290787/article/details/51790605

• Parallelism，即并行，指两个或两个以上事件（或线程）在同一时刻发生，是真正意义上的不同事件或线程在同一时刻，在不同CPU资源呢上（多核），同时执行。
• 并行，不存在像并发那样竞争，等待的概念。
• 图中，A，B，C都在同时运行（微观，宏观）。

并行和并发的联系和区别： 并发和并行是即相似又有区别的两个概念，并行是指两个或者多个事件在同一时刻发生；而并发是指两个或多个事件在同一时间间隔内发生。在多道程序环境下，并发性是指在一段时间内宏观上有多个程序在同时运行，但在单处理机系统中，每一时刻却仅能有一道程序执行，故微观上这些程序只能是分时地交替执行。倘若在计算机系统中有多个处理机，则这些可以并发执行的程序便可被分配到多个处理机上，实现并行执行，即利用每个处理机来处理一个可并发执行的程序，这样，多个程序便可以同时执行。

github上的一张图来解释并发和并行

多进程和多线程

• 在了解线程之前，要先知道进程这个概念。进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。简单点说，进程就是执行中的程序活动，是一个活动的实体。
• 多进程，就好比同时打开了Word，Excel和Visio，他们都是不同的程序运行活动，即多个进程同时启动而已，这个概念比较好理解。
• 线程，是一个执行中的程序活动（即进程）的多个执行路径，执行调度的单位。线程依托于进程存在，在进程之下，可以共享进程的内存，而且还拥有一个属于自己的内存空间，这段内存空间也叫做线程栈，是在建立线程时由系统分配的，主要用来保存线程内部所使用的数据。
• 多线程，指在一个进程下有多个线程。各个线程执行自己的任务，这些线程可以”同时进行“（这里加了双引号，下面会讲述到加双引号的原因）。
• 那多线程有什么好处？多线程应用在生活中随处可见，Word文档就是一个很好的例子。Word有“后台打印”的功能，用户点击打印按钮后，如果发现可以对当前文本进行修改，可以在打印过程中回到主界面进行修改、保存等操作。 如果没有应用多线程，不妨假设用户要打印的文本很长很长，那么用户要等打印操作执行完后，才可以对文本进行修改编辑保存等，这样用户体验就不如多线程的好。还有迅雷，有没有发现迅雷是可以同时下载东西的？例如同时下载A，B，A下载进度到53.4%，B下载进度到47.1%，有时A速度快些，有时B速度快些，反正能确定的是A，B都在下载内容，而不是一定要等A下载完后，B才可以开始下载，这也是多线程的作用。因此，多线程强调”同时，一起进行“，而不是单一的顺下操作。

总结

• 一个进程至少有一个线程，如果一个CPU存在多核，就可以从程序上实现多线程的并行执行（也可以选择并发执行）；如果一个CPU是有一核，则只能选择并发执行。
• 如果只存在一个CPU，进程之间只能是并发的执行，如果存在多个CPU就可以并行的执行
• 单CPU中进程只能是并发，多CPU计算机中进程可以并行。
• 单CPU单核中线程只能并发，单CPU多核中线程可以并行。
• 无论是并发还是并行，使用者来看，看到的是多进程，多线程。

例如电脑同时开启10个视频应用下载视频，就是相当于开启了10个进程（最大开启进程的个数要看物理硬件的存储空间）. 但是电脑只有一个CPU，这10个进程只能轮流交替执行，也就是并行处理。如果存在多个CPU就可以实现进程之间的并发处理。CPU的单核与多核只是影响线程的并行和并发，进而影响一个进程的完成效率