併發執行，程序同步，程序互斥，非同步，並行，多執行緒的區別
1. 幾個概念
1.1 併發
在作業系統的一個時間段中，有幾個程式同時處於啟動執行到執行完畢之間的狀態，且這幾個程式都在同一個處理機上執行。
併發又有偽併發和真併發：偽併發是指單核處理器的併發，真併發是指多核處理器的併發。
1.2 互斥
併發程序之間的制約關係有兩種，即互斥和同步。
多個併發程序之間，因競爭使用臨界資源而互相排斥執行的間接制約關係，叫作互斥。
例1：
例2：共享變數
設兩個程序P1，P2，它們共享同一變數count，主要操作如下：
| 程序P1 | 程序P2 |
|---|---|
| R1：= count | R2：= count |
| R1：= R1+1 | R2：= R2+1 |
| count：= R1 | count：= R2 |
其中，R1和R2是處理機的兩個通用暫存器。它們可以按各自獨立的速度前進，所以執行的順序也可能是：
| 程序 | 執行 |
|---|---|
| 程序P1： | R1：= count |
| 程序P2: | R2：= count |
| 程序P1： | R1：= R1+1；count：= R1 |
| 程序P2: | R2：= R2+1；count：= R2 |
1.3 同步
在某些地方，多個併發程序需要相互等待或交換資訊而產生的直接制約關係，叫做同步。
併發程序之間不是相互排斥臨界資源，而是相互依賴的關係。進一步地說，同步關係就是前一個程序的輸出作為後一個程序的輸入；當第一個程序沒有輸出時，第二個程序必須等待。具有同步關係的一組併發程序，相互發送的資訊稱為訊息或事件。
下面是一個司機和售票員同步的例子：
還有一個協作程序的例子：
使用者作業程式的形式：
程序P1、P2分別計算
func1(x) 與func2(y) 程序P1與P2計算結果相乘，獲得結果Z
1.4 並行
在單核處理器的多道程式環境中，程序被交替執行，表現出一種併發的外部特徵；在多核處理器的多道程式環境中，程序不僅可以交替執行，還可以重疊執行，即並行。
在多核處理器上，程式才可以實現並行處理。從而可知，並行是針對多核處理器而言。並行是同一時刻發生多個事件，具有併發的含義；但併發不一定並行，即併發事件之間不一定要同一時刻發生。
1.5 多執行緒
多執行緒是程式設計的邏輯層概念，它是程序中併發執行的一段程式碼。多執行緒可以實現執行緒間的切換執行。
1.6 非同步
非同步與同步是相對的：同步是順序執行程序，執行完一個程序再執行下一個程序，需要程序之間等待、協調執行；非同步是程序之間彼此獨立，在等待其他程序的執行時，本程序繼續做自己的事，不需要等待其他程序完成後再工作。
在多道程式環境下，程序以非同步方式併發執行。
非同步與多執行緒不是同等關係：非同步是最終目的，多執行緒只是我們實現非同步的一種方式。非同步是讓呼叫方法的主執行緒不用同步等待另一執行緒的完成，主執行緒可以同時做其它事情。
實現非同步可以採用多執行緒技術或者交給另外的程序處理。
2. 事例理解
為了對以上概念更好地理解，舉一個簡單例子，假設我們要做燒開水，舉槓鈴100下， 洗衣服這3件事情。
燒開水：準備燒開水（1分鐘）， 等開水燒開（8分鐘） , 關掉燒水機（1分鐘）
舉槓鈴100下：舉槓鈴100下（10分鐘）
洗衣服：準備洗衣服（1分鐘）， 等衣服洗完（5分鐘），關掉洗衣機（1分鐘）
2.1 單核處理器
- 同步執行
事情步驟安排：燒水：準備燒開水（1分鐘）， 等開水燒開（8分鐘） , 關掉燒水機（1分鐘）；舉槓鈴100下：舉槓鈴100下（10分鐘）；洗衣服：準備洗衣服（1分鐘）， 等衣服洗完（5分鐘），關掉洗衣機（1分鐘）
做完3件事，花費的時間t = 1+ 8 +1 + 10 + 1+ 5 +1 = 27（分鐘）
- 非同步並行
在等待事情執行時，我（單核）可以切換出去，做別的事情。
事情步驟安排：準備燒開水(1分鐘) + 準備洗衣服(1分鐘) + 舉50下槓鈴 (5分鐘)+ 關洗衣機（1分鐘） + 舉槓鈴20下（2分鐘）+ 關燒水機（1分鐘） + 舉30下槓鈴(3分鐘）
在等待衣服洗完（5分鐘）時，我（單核）執行舉50下槓鈴（5分鐘）；在等待水燒開（8分鐘）時，我（單核）執行舉50下槓鈴 (5分鐘)+ 關洗衣機（1分鐘） + 舉槓鈴20下（2分鐘）。
做完3件事，花費的時間t = 1 + 1 + 5 + 1 + 2 + 1 + 3 = 14（分鐘）
2.2 雙核處理器
- 非同步並行
核1：準備燒開水（1分鐘）+ 舉槓鈴50下（5分鐘）+ 等待（3分鐘）+ 關掉燒水機 （1分鐘）
核2：準備洗衣服（1分鐘）+ 舉槓鈴50下（5分鐘）+ 關掉洗衣機（1分鐘） + 等待（3分鐘）
其中，在等待水燒開（8分鐘）時，核1執行舉槓鈴50下（5分鐘），等待（3分鐘）；在等待衣服洗完（5分鐘）時，核2執行舉槓鈴50下（5分鐘）。
做完3件事，花費的時間t = 1 + 5 + 3 + 1 = 10（分鐘），其中雙核都等待了3分鐘。
- 非同步非並行
核1：舉槓鈴100下（10分鐘）
核2：準備燒開水（1分鐘）+ 準備洗衣服（1分鐘）+ 等待（6分鐘）+ 關掉燒水機（1分鐘）+ 關掉洗衣機（1分鐘）
其中，在等待水燒開（8分鐘）時，核2執行準備燒開水（1分鐘），準備洗衣服（1分鐘），等待（6分鐘）；在等待衣服洗完（5分鐘）時，核2執行等待（6分鐘）。
做完3件事，花費的時間t =1 + 1 + 6 + 1 + 1 = 10（分鐘）
2.3 多執行緒
- 單核處理器
執行緒1：準備燒開水（1分鐘）， 等水燒開（8分鐘） , 關掉燒水機（1分鐘）
執行緒2：舉槓鈴100下（10分鐘）
執行緒3：準備洗衣服（1分鐘）， 等水燒開（5 分鐘） , 關掉洗衣機（1分鐘）
CPU最理想的切換方式：
執行緒1：準備燒開水（1分鐘）+ sleep 1 + sleep 5 + sleep 1 + sleep 2 + 關開水（1分鐘）
執行緒2：sleep 1+ sleep 1 + 舉槓鈴50（5分鐘）+ sleep 1 + 舉槓鈴20（2分鐘）+ sleep1 + 舉槓鈴30下（3分鐘）
執行緒3：sleep 1 + 準備洗衣服（1分鐘）+ sleep 5 +關洗衣機（1分鐘）
最後使用了14分鐘，與非同步是一樣的。但實際上是不一樣的，因為執行緒不會按照我們設想的去跑。如果執行緒2舉槓鈴先跑，整個流程的速度就下來了。
2.4 非同步和同步，多執行緒與非同步，單核與多核的不同
非同步和同步的區別：在IO等待時，同步不會切走，等待浪費了時間。
多執行緒比較容易地實現了非同步切換的思想， 因為多執行緒較容易寫。多執行緒本身還是以同步完成，但是比不上非同步的效率。
多核的好處，就是可以同時做事情， 這個與單核不一樣。如果都是獨佔CPU的作業，比如舉槓鈴。在單核情況下，多執行緒和單執行緒沒有區別。