如何實現(xiàn)計算機多任務(wù)運行？

操作系統(tǒng)可以同時運行多個任務(wù)。例如，計算機在同一時刻既可以使用瀏覽器上網(wǎng)，又可以使用酷我播放音樂，還能掛著QQ工具聊天......所有的這些都體現(xiàn)了多任務(wù)運行的現(xiàn)象。

現(xiàn)在，多核CPU已經(jīng)很普及了。即使使用過去的單核CPU，依然能同時運行多個任務(wù)，它是如何辦到的呢?答案是操作系統(tǒng)輪流讓每個任務(wù)交替執(zhí)行。例如，任務(wù)1執(zhí)行0.01秒以后，再切換到任務(wù)2執(zhí)行0.01秒......以此重復執(zhí)行下去，原理如圖1所示。由于CPU運行的速度實在太快了，任務(wù)切換的速度我們的肉眼根本感知不到，所以從表面上來看，所有的任務(wù)是在同時運行的。

圖1中要執(zhí)行的任務(wù)有QQ、微信、郵箱、谷歌、酷我等，由于單核CPU每個時間點只能運行一個任務(wù)，所以按照時間片輪轉(zhuǎn)的方式(即任務(wù)切換一遍后又重復切換)，讓每個任務(wù)執(zhí)行2us(舉例值)的時間，從而形成多個任務(wù)同時運行的假象。

實際上真正地并行執(zhí)行多個任務(wù)，只能在多核CPU上完成。不過，計算機要執(zhí)行的任務(wù)數(shù)量非常龐大，遠遠大于CPU內(nèi)核的數(shù)量，所以操作系統(tǒng)也會自動把任務(wù)輪流調(diào)度到每個核心上執(zhí)行。接下來，使用一張圖來分析多核CPU調(diào)度任務(wù)的原理，如圖2所示。

圖2中，雙核CPU相當于計算機有兩個單核，每個單核負責執(zhí)行一個任務(wù)，這樣就能同時執(zhí)行兩個任務(wù)。當這一批的任務(wù)運行一段時間(2us)以后，會再分配另外一批任務(wù)繼續(xù)運行，這樣就真正地形成了多任務(wù)的同時運行。

上述延伸出兩個概念：并發(fā)和并行。從宏觀角度上來講，兩者都能夠同時處理多個任務(wù)，但是兩者又有區(qū)別。并行是指兩個或者多個任務(wù)在同一時刻發(fā)生，而并發(fā)是指兩個或者多個任務(wù)在同一時間間隔內(nèi)發(fā)生。比如在某個時間段中，有若干個程序都處于已啟動運行到運行完畢之間的狀態(tài)，某個時刻只能有一個程序運行，這種現(xiàn)象就是并發(fā)。

這里面的“同時”、“并發(fā)”只是一種宏觀上的感受，實際上從微觀層面看只是進程/線程的輪換執(zhí)行，由于切換的時間非常短，所以產(chǎn)生了一起執(zhí)行的感覺。

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