操作系统真的在工作中能用到吗？能！一文讲清线程模型

SegmentFault思否 · 公众号 · 程序员 · 2019-08-28 12:00

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作者 l 二胖

来源 l 逆袭的二胖（公众号ID： fighting_erpang ）

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很多人一直苦恼一个问题：“我们学操作系统、学网络到底有啥用？”

其实我之前也就这个问题进行过讨论，但仅仅停留在概念上，很多朋友还是不理解，所以今天我就拿我工作中遇到的实际问题来举例，希望让大家明白—— 对于开发的同学而言，操作系统、网络、数据库原理都是很有用的 。

到底是谁在说操作系统无用？

一些朋友说操作系统无用，大概率是因为他用不到。但是对工程开发这个岗位来说，如果对偏底层的操作系统知识毫无了解，写程序就会浮于表面。

做个不恰当的比喻，如果把编程比喻成武功，那么编程语言的语法、软件的使用技巧就是外功，而计算机原理、设计模式等知识就是内功心法。

说句可能会引起争议的话，目前很多培训班的培训内容多停留于“外功”层面，对内功层面的知识很难涉及。这其实也不怪他们，因为 计算机系统原理等内功并非短时间内可以学会的，而出于商业化的目的，培训外功是最容易见效的，所以大多数培训班都选择了可以速成的外功 。

话说回来，是不是不懂计算机系统知识就没救了？其实并不是，很多开发岗位是用不到特别复杂的底层知识的，所以，只学习外功也可以完全胜任这类岗位， 甚至 BAT 很多开发工作几乎用不到比较底层或者比较难的原理知识 。

不知道大家有没有听说过“外包”这个岗位，BAT 等公司内部其实有请大量的外包同学来参与项目开发。我先解释下“外包”和正式员工有什么区别，比如大家都在腾讯办公，正式员工是和腾讯签合同，而外包同学是和第三方公司签合同，然后到腾讯驻场开发。总体来说，外包同学的基础可能相对薄弱，多是做一些简单的开发工作。

我们部门也有很多外包同学从事一些比较基础的开发工作，如业务逻辑编写基本都会找外包同学帮忙。而一些比较难的工作，如涉及核心功能的开发等都由自己完成。所以大多数外包同学做的工作几乎是不涉及底层原理的。

当然，我举这个例子并不是说外包同学技术不好，只是阐述一下这种现象。

我个人做的业务是后端开发，平时会用到 C++、PHP、Python，偶尔会用到Go。很多时候我自己做的工作也就是简单业务，并没有什么技术含量。但是，有些对性能有要求的项目，可能就会涉及底层了。

总得来说，平时写业务代码的同学，或者尚未工作的同学会觉得操作系统等原理知识是没什么用的。 如果一直停留在写业务代码的层面，拿一份不错的工资是完全没问题的，只是后续的职业发展会有瓶颈，很容易被替代 。

brpc

下面说说我在实际工作中用到操作系统知识的场景。先给大家介绍一款百度开源的 Rpc 框架：brpc，下图是它的 github 首页截图。

如果你现阶段不知道什么是 rpc，没关系，你可以把它理解为一个“远程调用”框架，或者 Web 框架都行，它支持很多种编程语言。

我在工作中常常使用到 brpc，用 C++ 语言描述，在某些场景下就需要用到线程模型了。

brpc 在描述线程方面写得过于专业，不是特别容易理解，我就写写我的个人理解吧：

现在常见的编程语言或者说框架都有自己的线程模型，下面给几个术语，我就不写概念了，用一种通俗的语言去解释，所以可能不那么严谨。

我们知道，计算机一般是多核的，比如个人 PC 机多为 “四核八线程” ，这里的四核八线程指的是，同一时间点可以同时有八个线程在运行，是真正意义上的并行，这里我们可以称其为 物理线程 。

Pthread：我们用 Pthread 来描述物理线程。

我们再说说 逻辑线程 。我们平时讲的多线程，应该是逻辑线程，比如一个程序开了 40 个线程，可是我们只有 4 个核，怎么实现并发这么多线程呢？其实这里的逻辑线程并不是在同一个时间点执行，而是逻辑线程在物理核之间快速切换，给我们的感觉是它们在同时执行，但这只是感觉上的并发。

所以， 在操作系统中有两个概念，并行和并发。 并行是指真正意义的同时执行，而并发是指逻辑上的同时执行 。

在 brpc 中，我们称逻辑线程为 Bthread ，也叫 用户线程 。

讲完 Pthread 和 Bthread，我们就可以学学线程模型了。

常见的线程模型有 3 种，分别是 1:1、N:1、M:N。

1:1 指的是 1 个线程整个生命周期都跑在一个物理核上，优点是缓存读写快速，缺点是容易阻塞。

N:1 指的是所有线程都跑在一个物理核上，优点是线程缓存读写快速，缺点是所有压力都加到一个核上，其他核却空闲。

M:N 是 brpc 结合上述两种模型给出的解决方案，M 个逻辑线程跑在 N 个物理核上，其中 M 大于等于 N，其中内部有自己的负载策略，尽量保证同一个逻辑线程落在同一个物理核上。这样既可以保证并发，又可以保证读写线程缓存快速。

当然，线程模型的选择并不是这么简单的事，我们可能还要考虑 threadLocal、同步、异步，篇幅有限，就不多阐述了。当一个框架把很多能力都开放给开发者，开发者就可以写出更灵活更高效的程序，但是这对开发者的开发能力要求更高了，因为对于不同的场景需要选择不同的方案。比如 brpc 文档中给出了同步、异步和 Bthread 的选择策略，以下是文档截图：

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