多任务大法好
引用
评论
认识计算机系统的异步本质
图灵机是一切现代计算机的基础。它是一种具有状态的机器，机器下一步要做什么取决于当前的状态（也包括纸条的位置）。如果将当前的状态清除，程序将无法正常运行下去。图灵机的运行轨迹，就如同一根针带着一缕线，在纸条上来回穿行。
这个模型被多种技术实现，最终人类造出了基于半导体的CPU；而CPU指令集又经过多次抽象，最终形成了高级编程语言；然而高级编程语言（例如BASIC或C语言）却依然保留着图灵机的影子——每一条语句执行完之后，变量处于一定的状态（拥有一定的值），然后执行下一条语句，下一条语句可能使用或者修改这个变量的值，或者跳回之前的某条语句。这种穿针引线的程序执行方式，就是“同步”(synchronous)，也是绝大多数人从第一次接触程序设计开始，就根深蒂固的概念。
最早的时候，电子计算机通过一定的外界信号控制，从纸带读入并按照步骤执行某个程序。一段时间过去，虽然计算机的速度越来越快，从外界获取信息的速度却增长缓慢；向外界输出信息的速度（例如通过打印机）也十分有限。到后来问题越发严重：计算机用于输入输出的时间比实际进行运算的时间还要长，这是对资源的极大浪费。个人计算机的普及也突出了这个问题：输入命令所耗费的时间往往比执行命令的时间更长，却无法利用这些时间让CPU处理其他任务。
最后大家得出结论：像图灵机那样一条线运行的计算机，实在是太不好用了。
于是人们就希望计算机能够同时运行多个程序。为了同时运行多个程序，科学家们想了个办法：用一台图灵机，模拟多台图灵机，然后让程序分别在多台虚拟的图灵机上运行。这些虚拟的图灵机可以共用外部的输入和输出设备，输入输出设备只有在接受或提交结果的时候，才通过“中断”信号通知计算机读取或写入。因此在输入输出等非常耗时但不需要计算机参与的过程中，计算机可以做其他事情。
于是就产生了可以并行运行大量程序的现代操作系统。
未完待续
这个模型被多种技术实现，最终人类造出了基于半导体的CPU；而CPU指令集又经过多次抽象，最终形成了高级编程语言；然而高级编程语言（例如BASIC或C语言）却依然保留着图灵机的影子——每一条语句执行完之后，变量处于一定的状态（拥有一定的值），然后执行下一条语句，下一条语句可能使用或者修改这个变量的值，或者跳回之前的某条语句。这种穿针引线的程序执行方式，就是“同步”(synchronous)，也是绝大多数人从第一次接触程序设计开始，就根深蒂固的概念。
最早的时候，电子计算机通过一定的外界信号控制，从纸带读入并按照步骤执行某个程序。一段时间过去，虽然计算机的速度越来越快，从外界获取信息的速度却增长缓慢；向外界输出信息的速度（例如通过打印机）也十分有限。到后来问题越发严重：计算机用于输入输出的时间比实际进行运算的时间还要长，这是对资源的极大浪费。个人计算机的普及也突出了这个问题：输入命令所耗费的时间往往比执行命令的时间更长，却无法利用这些时间让CPU处理其他任务。
最后大家得出结论：像图灵机那样一条线运行的计算机，实在是太不好用了。
于是人们就希望计算机能够同时运行多个程序。为了同时运行多个程序，科学家们想了个办法：用一台图灵机，模拟多台图灵机，然后让程序分别在多台虚拟的图灵机上运行。这些虚拟的图灵机可以共用外部的输入和输出设备，输入输出设备只有在接受或提交结果的时候，才通过“中断”信号通知计算机读取或写入。因此在输入输出等非常耗时但不需要计算机参与的过程中，计算机可以做其他事情。
于是就产生了可以并行运行大量程序的现代操作系统。
未完待续
[ 修改于10年9个月前 - 2016/03/04 21:31:19 ]
现代操作系统内核的主要工作，就是虚拟许多个同时运行的【线程】，在线程之间通过高速切换实现多任务并行。例如，操作系统允许程序A所在的线程运行1毫秒，然后将这个线程的所有“状态”（所有寄存器的值）缓存起来，再将程序B所在线程的“状态”恢复到操作系统寄存器中，继续运行程序B。这样对于每一个独立的程序来说，其“状态”是稳定的，如同直接运行在独立的CPU上一样。于是我们可以用“同步”的方式编写程序，让操作系统帮我们解决“异步”的问题。
为什么叫“异步”呢？因为从操作系统的角度来看，没有一个用户程序是在CPU上按照指令一路执行到底的，而是根据外部事件（比如上一个例子中的1毫秒定时器）动态切换的。两个程序同时运行，也没有办法确定地指出哪个会先执行完。
其实这是大部分自然过程的本质；自然界里没有什么事情会完美地按照某个确定的顺序发生——同时在过程中不受环境影响——
最后只产生一个确定的结果。所有的事情都以异步的方式进行着，毕竟大自然里不存在像图灵机这样的理想机器。
在操作系统中，每个【线程】的存在都会占用一定的资源。例如某个网络通信程序，它的任务是组织10000个用户聊天，需要创建10000个TCP连接。代码很简单：先接收用户输入，然后根据一定规则转发给其他用户。但如果将这段代码编译成程序，在操作系统中创建10000个线程分别处理用户输入，会占用GB级别的内存空间，而操作系统在10000个线程间来回切换也是一件很痛苦的事情。怎么办呢？
最常见的做法是，放弃操作系统线程带来的便利（同步编程），在应用程序内部实现一个异步的架构：由一个线程监听所有用户发来的聊天数据（用户之间通过数据包头区分），每当数据包到达时根据其中的用户信息，根据一定规则转发给其他用户。如果同时有两个用户发来数据包，则数据包会在网卡的缓冲区内排队等待线程按顺序读取。这种程序设计方法，称为异步编程。通常，在应用程序内部实现异步，比借用操作系统线程，性能上要高得多（没有资源上的额外开销）。因此，许多要求软实时性、大规模并发、高可靠的计算机系统，其软件都采用异步/事件驱动/虚拟机架构。
C语言的众多函数库多是为同步编程设计的。在异步编程技术突飞猛进的今天，我们拥有了越来越多的选择；其中Node.js在短短6年里就成为了高性能网络服务器最重要的开发语言。它拥有接近于C语言的性能，以及闭包特性，最重要的是将异步编程的基础——事件队列——变成了基础设施，而不是仅仅提供一个函数库。
然而异步编程最大的问题在于，没有办法用同步的方式——也是大部分编程爱好者最喜爱的方式——撰写含有异步调用的程序。这成为了许多编程爱好者进步的瓶颈，闻异步而色变。
贴出科创网络发展局 新KC论坛项目的一部分代码。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
![QQ图片20160304213027.png]()
为什么叫“异步”呢？因为从操作系统的角度来看，没有一个用户程序是在CPU上按照指令一路执行到底的，而是根据外部事件（比如上一个例子中的1毫秒定时器）动态切换的。两个程序同时运行，也没有办法确定地指出哪个会先执行完。
其实这是大部分自然过程的本质；自然界里没有什么事情会完美地按照某个确定的顺序发生——同时在过程中不受环境影响——
最后只产生一个确定的结果。所有的事情都以异步的方式进行着，毕竟大自然里不存在像图灵机这样的理想机器。
在操作系统中，每个【线程】的存在都会占用一定的资源。例如某个网络通信程序，它的任务是组织10000个用户聊天，需要创建10000个TCP连接。代码很简单：先接收用户输入，然后根据一定规则转发给其他用户。但如果将这段代码编译成程序，在操作系统中创建10000个线程分别处理用户输入，会占用GB级别的内存空间，而操作系统在10000个线程间来回切换也是一件很痛苦的事情。怎么办呢？
最常见的做法是，放弃操作系统线程带来的便利（同步编程），在应用程序内部实现一个异步的架构：由一个线程监听所有用户发来的聊天数据（用户之间通过数据包头区分），每当数据包到达时根据其中的用户信息，根据一定规则转发给其他用户。如果同时有两个用户发来数据包，则数据包会在网卡的缓冲区内排队等待线程按顺序读取。这种程序设计方法，称为异步编程。通常，在应用程序内部实现异步，比借用操作系统线程，性能上要高得多（没有资源上的额外开销）。因此，许多要求软实时性、大规模并发、高可靠的计算机系统，其软件都采用异步/事件驱动/虚拟机架构。
C语言的众多函数库多是为同步编程设计的。在异步编程技术突飞猛进的今天，我们拥有了越来越多的选择；其中Node.js在短短6年里就成为了高性能网络服务器最重要的开发语言。它拥有接近于C语言的性能，以及闭包特性，最重要的是将异步编程的基础——事件队列——变成了基础设施，而不是仅仅提供一个函数库。
然而异步编程最大的问题在于，没有办法用同步的方式——也是大部分编程爱好者最喜爱的方式——撰写含有异步调用的程序。这成为了许多编程爱好者进步的瓶颈，闻异步而色变。
贴出科创网络发展局 新KC论坛项目的一部分代码。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
引用
评论
对于服务器来说，GB级内存挺小的，线程切换开销也不是问题，最大的问题在于线程同步。
当然，事件队列加事件循环很好的解决了线程同步的问题，但是也牺牲了性能。
当然，事件队列加事件循环很好的解决了线程同步的问题，但是也牺牲了性能。
引用
评论
引用 novakon:现在的计算机问题.处理器问题.都是以前图灵磁带机.纸条机.作为思路开发出来的..
现代操作系统内核的主要工作，就是虚拟许多个同时运行的【线程】，在线程之间通过高速切换实现多任务并行。例如，操作系统允许程序A所在的线程运行1毫秒，然后将这个线程的所有“状态”（所有寄存器的值）缓存起来，再将程序B所在线程的“状态”恢复到操作...
原理都差不多.哪怕现在发展到这地步.除了那些硬件大神.哪些人能真正弄清楚了??
量子计算机不说了..太科幻了..
有生之年见见全激光芯片做成的计算机也算不错了..
至少激光处理器民用阶段比量子计算容易的多..
引用
评论
Windows本身也是异步的。。。大多数向系统注册的回调函数和STA线程模型的COM组件会在GetMessage()调用期间被调用，少数则会在DispatchMessage()期间被调用。
引用
评论
单线程异步编程，是最简单也应用最广泛的异步编程形式，一般是注册个回调函数或同步事件，然后将线程处于idle状态(比如调用GetMessage/SleepEx/MsgWaitForSingleObject等)，由系统在idle状态调用回调函数或触发同步事件，使得程序继续运行。使用这种异步形式需要考虑的问题最少，只需要注意，一是代码执行时间不要过长，二是回调函数触发顺序不能预测。由于函数触发顺序不能预测，所以要注意状态的传递问题。语言的闭包特性可以使得程序状态被继承，大大简化了异步编程。
多线程异步编程，一般是注册个回调函数，然后由系统直接创建新线程执行。比如.NET中的System.Threading.Timer。使用这种异步形式，不用担心代码执行时间过长的问题，但要考虑访问公共资源的同步问题，不然程序可能会出现错误结果甚至崩溃。这种异步形式对于系统资源的消耗也是比较大的。
中断是另一种异步编程，中断可以在非idle状态触发，并插入尚未执行完的程序中执行。中断异步编程最麻烦，除了上面所说的问题之外，还要考虑状态保护问题，不然正在执行的程序容易跑飞，甚至导致系统崩溃。大多数现代操作系统都将中断机制封装在ring0层，不允许ring3程序挂钩中断。
在JavaScript中异步编程应用非常广泛，是历史中长期没有多线程支持造成的。
多线程异步编程，一般是注册个回调函数，然后由系统直接创建新线程执行。比如.NET中的System.Threading.Timer。使用这种异步形式，不用担心代码执行时间过长的问题，但要考虑访问公共资源的同步问题，不然程序可能会出现错误结果甚至崩溃。这种异步形式对于系统资源的消耗也是比较大的。
中断是另一种异步编程，中断可以在非idle状态触发，并插入尚未执行完的程序中执行。中断异步编程最麻烦，除了上面所说的问题之外，还要考虑状态保护问题，不然正在执行的程序容易跑飞，甚至导致系统崩溃。大多数现代操作系统都将中断机制封装在ring0层，不允许ring3程序挂钩中断。
在JavaScript中异步编程应用非常广泛，是历史中长期没有多线程支持造成的。
引用
评论
引用 mingjunwudi:现在的计算机基本都是这样的，不过因为它换的很快（毫秒级），表现出来就像好几个任务同时进行一样
异步是同步模拟出来的，那么还不是单一线程执行到底吗？无非是一条路跑上跑下的。
引用
评论
引用 dgxl:现在的情况要复杂一点，需要考虑到同时存在多个逻辑处理器的情况
现在的计算机基本都是这样的，不过因为它换的很快（毫秒级），表现出来就像好几个任务同时进行一样
引用
评论