同步与异步

同步与异步在生活中随处可见。同步和异步是描述不同事件发生的依赖关系，同步是指这两个事件的发生有一定的时间顺序，异步是指这两个事件的发生是相互独立的。

比如去食堂吃饭，你需要先去那餐具（事件A），然后去某个窗口前打饭（事件B），接着找到一个座位（事件C），最后开始享受食物（事件D）。事件A，B，C，D有一定的依赖关系，所以它们之间需要同步。处理器中的取指、译码、执行、寄存器回写、存储器回写，各个子执行单元的动作也是同步的。在Unix的Shell下使用管道同时启动多个进程，这些进程之间的执行也是同步的。用VHDL编写一个简单的可复位预置计数器，如果将复位信号开始后还要在判断时钟信号，那么这个复位也是同步的。GCC编译器在运行的时候调用不同的模块（预处理、编译、优化、链接）对代码进行处理也是同步的。

同步的事件之间需要通过信号来表示事件序列中的下一个动作可以开始了。对于上面的例子，餐具就是事件B的信号，饭就是事件C的信号等等。CPU中的取值模块取到指令之后，会译码模块发送一个信号，译码模块执行完之后再给执行模块发送信号等等。计算机中线程和进程之间的同步除了时间关系外，更侧重于合作关系，因为多个线程负责完成一个大的任务。

异步是指事件之间是独立发生的，比如编写的带复位预置功能的计数器，如果复位信号和时钟信号没有任何关系的话，那么这么复位各种就是异步的。因为复位的操作是立即执行的，没有任何等待。在shell下启动命令的时候，在命令后面添加一个“&”符号，这个新启动的程序就会在一个新的进程中执行，和当前进程时异步运行的。一个文字应用程序可以一边排版一边打印，每排版100页，就送到打印机打印，然后接着排版。这时，处理器和打印机是异步运行的。

再举一个例子，比如在公交车上睡过了头，发现已经过了目的地了。如果司机好心，立即停车让你下去，这就是异步的。如果司机一定要等到下一站到了，你才能下车，这就是同步的。

在单处理器上，使用异步编程是提高应用程序响应性和效率的关键手段之一。当然，每个异步的事件都要完整的保存自己运行所需要的所有状态信息。在同步事件序列中，这些状态信息，可能会从上一个事件或者下一个事件中得到。

计算机的所有计算都是对现实世界的模拟，不管是发动机外形优化程序还是材料分析的有限元程序，或者是关系数据库。同步异步也是对现实世界不断运行的事物事件的相互关系的一种描述。同步是因为事物运动的因果关系，异步是因为事物运动的独立性。

线程和进程

     线程模型是对进程模型的改进，使用线程模型可以提高系统的吞吐量。这是因为多个线程之间共享进程的所有资源。在配置了线程模型的系统中，独立执行和调度的最小实体就不再是进程，而是线程了，进程仅仅成为容纳线程、地址空间、文件描述符、数据等等的容器了。

线程的上下文切换速度要比进程快很多，线程本身也是一些状态信息的容器，不过和进程这个框相比，线程也就是一个杯子而已。它要记录堆栈信息，程序的执行位置，状态寄存器信息，通用寄存器信息，线程标识、互斥量、信号量等信息。

除了上下文切换速度以外，还有一个“切换后综合征问题”。进程切换后，需要执行一个完全不同的程序，会导致TLB失效，Cache失效，还有一些其他硬件级优化的寄存器的失效。这些会导致刚切换进来的进程在开始执行的一段时间比较慢。而线程在这个问题上，所受到的影响就要小得多。

除此之外，还有通信问题。各个线程通信的带宽比进程要大得多。因为线程共享地址空间，一个线程使用malloc开辟的内存可以给另外一个线程直接使用（传入指针）。而进程还要通过管道，队列之类的系统级通信环境。这就有点类似局域网和广域网的区别了。

本文转自hipercomer 51CTO博客，原文链接:http://blog.51cto.com/hipercomer/907955