进程和线程--浅记

进程、线程、协程：

1. 进程：程序是指令、数据及其组织形式的描述，而进程则是程序的运行实例，包括程序计数器、寄存器和变量的当前值。
2. 线程：微进程，一个进程里更小粒度的执行单元。一个进程里包含多个线程并发执行任务。
3. 协程：协程是微线程，在子程序内部执行，可在子程序内部中断，转而执行别的子程序，在适当的时候再返回来接着执行。

 线程与进程的区别：
（1）一个线程从属于一个进程；一个进程可以包含多个线程。
（2）一个线程挂掉，对应的进程挂掉；一个进程挂掉，不会影响其他进程。
（3）进程是系统资源调度的最小单位；线程CPU调度的最小单位。
（4）进程系统开销显著大于线程开销；线程需要的系统资源更少。
（5）进程在执行时拥有独立的内存单元，多个线程共享进程的内存，如代码段、数据段、扩展段；但每个线程拥有自己的栈段和寄存器组。
（6）进程切换时需要刷新TLB并获取新的地址空间，然后切换硬件上下文和内核栈，线程切换时只需要切换硬件上下文和内核栈。
（7）通信方式不一样。
（8）进程适应于多核、多机分布；线程适用于多核
 线程与协程的区别：
（1）协程执行效率极高。协程直接操作栈基本没有内核切换的开销，所以上下文的切换非常快，切换开销比线程更小。
（2）协程不需要多线程的锁机制，因为多个协程从属于一个线程，不存在同时写变量冲突，效率比线程高。
（3）一个线程可以有多个协程。
进程的调度算法：

抢占式：可防止单一进程长时间独占，实时性高，CPU开销大。

非抢占式：进程运行直到结束或阻塞，容易实现。

1、先来先服务调度算法

2、短作业（进程）优先调度算法

3、高优先级优先调度算法

4、时间片轮转法

5、多级反馈队列调度算法

进程的状态：

CPU上下文切换（CPU寄存器和程序计数器），进程上下文切换（用户空间资源和内核空间资源，页表），线程上下文切换（栈空间，寄存器等）。进程控制块（PCB），线程控制块（TCB）。

进程是系统资源分配的最小单元，线程是CPU调度的最小单位。一个进程可以包含很多线程，线程挂进程崩溃（C++）。线程共享进程的虚拟内存、代码段、数据段、文件资源等。

进程间通信方式：

管道------匿名管道（父子进程通信），有名管道（独立进程通信）。管道实际是内核里的一串缓存。单工通信方式（一端读fd[0]，一端写fd[1]）。有内核态到用户态的拷贝消耗。

消息队列-----保存在内核中的消息链表，可以保存很多消息体（有大小和长度的限制）。有内核态到用户态的拷贝消耗。

共享内存----就是拿出一块虚拟地址空间来，映射到相同的物理内存中。无拷贝消耗，速度很快，有资源冲突危险。

信号量----是一个整型的计数器，主要用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于缓存进程间通信的数据。

信号量表示资源的数量，控制信号量的方式有两种原子操作：

• 一个是 P 操作，这个操作会把信号量减去 1，相减后如果信号量 < 0，则表明资源已被占用，进程需阻塞等待；相减后如果信号量 >= 0，则表明还有资源可使用，进程可正常继续执行。
• 另一个是 V 操作，这个操作会把信号量加上 1，相加后如果信号量 <= 0，则表明当前有阻塞中的进程，于是会将该进程唤醒运行；相加后如果信号量 > 0，则表明当前没有阻塞中的进程；

P 操作是用在进入共享资源之前，V 操作是用在离开共享资源之后，这两个操作是必须成对出现的。

信号----信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，因为可以在任何时候发送信号给某一进程，一旦有信号产生，用户进程对信号处理。

socket----不同主机之间的网络通信，

1. 服务端和客户端初始化 socket，得到文件描述符；
2. 服务端调用 bind，将绑定在 IP 地址和端口;
3. 服务端调用 listen，进行监听；
4. 服务端调用 accept，等待客户端连接；
5. 客户端调用 connect，向服务器端的地址和端口发起连接请求；
6. 服务端 accept 返回用于传输的 socket 的文件描述符；
7. 客户端调用 write 写入数据；服务端调用 read 读取数据；
8. 客户端断开连接时，会调用 close，那么服务端 read 读取数据的时候，就会读取到了 EOF，待处理完数据后，服务端调用 close，表示连接关闭。

说说进程同步的方式？ ？？？？？？？？
1. 信号量semaphore：是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。信号量用于实现进程间的互斥与同步。P操作(递减操作)可以用于阻塞一个进程，V操作(增加操作)可以用于解除阻塞一个进程。
2. 管道：一个进程通过调用管程的一个过程进入管程。在任何时候，只能有一个进程在管程中执行，调用管程的任何其他进程都被阻塞，以等待管程可用。
3. 消息队列：消息的链接表，放在内核中。消息队列独立于发送与接收进程，进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除；消息队列可以实现消息的随机查询，可以按照消息的类型读取。
 线程间通信的方式有哪些？ ？？？？？？
线程间的通信方式包括临界区、互斥量、信号量、条件变量、读写锁：
1. 临界区：每个线程中访问临界资源的那段代码称为临界区（Critical Section）（临界资源是一次仅允许一个线程使用的共享资源）。每次只准许一个线程进入临界区，进入后不允许其他线程进入。
不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个线程必须互斥地对它进行访问。
2. 互斥量：采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才可以访问。因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问。
3. 信号量：计数器，允许多个线程同时访问同一个资源。
4. 条件变量：通过条件变量通知操作的方式来保持多线程同步。
5. 读写锁：读写锁与互斥量类似。但互斥量要么是锁住状态，要么就是不加锁状态。读写锁一次只允许一个线程写，但允许一次多个线程读，这样效率就比互斥锁要高。
线程间的同步方式包括互斥锁、信号量、条件变量、读写锁。

多线程同步和互斥：加锁（互斥锁和读写锁）

死锁问题： 是指多个进程在执行过程中，因争夺资源而造成了互相等待。

死锁发生有四个必要条件：
（1）互斥条件：进程对所分配到的资源不允许其他进程访问，若其他进程访问，只能等待，直到进程使用完成后释放该资源；
（2）请求保持条件：进程获得一定资源后，又对其他资源发出请求，但该资源被其他进程占有，此时请求阻塞，而且该进程不会释放自己已经占有的资源；
（3）不可剥夺条件：进程已获得的资源，只能自己释放，不可剥夺；

（4）环路等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

 如何解决：
（1）资源一次性分配，从而解决请求保持的问题
（2）可剥夺资源：当进程新的资源未得到满足时，释放已有的资源；
（3）资源有序分配：资源按序号递增，进程请求按递增请求，释放则相反。
说说线程池的设计思路，线程池中线程的数量由什么确定？？？？？？？？？？？

1. 设计思路：
实现线程池有以下几个步骤：
（1）设置一个生产者消费者队列，作为临界资源。
（2）初始化n个线程，并让其运行起来，加锁去队列里取任务运行
（3）当任务队列为空时，所有线程阻塞。
（4）当生产者队列来了一个任务后，先对队列加锁，把任务挂到队列上，然后使用条件变量去通知阻塞中的一个线程来处理。
2. 线程池中线程数量：线程数量和哪些因素有关：CPU，IO、并行、并发

如果是CPU密集型应用，则线程池大小设置为：CPU数目+1
如果是IO密集型应用，则线程池大小设置为：2*CPU数目+1
最佳线程数目 = （线程等待时间与线程CPU时间之比 + 1）* CPU数目
所以线程等待时间所占比例越高，需要越多线程。线程CPU时间所占比例越高，需要越少线程。
3.为什么要创建线程池：
创建线程和销毁线程的花销是比较大的，这些时间有可能比处理业务的时间还要长。这样频繁的创建线程和销毁线程，再加上业务工作线程，消耗系统资源的时间，可能导致系统资源不足。同时线程池也是为了提升系统效率。
以上部分内容来自小林coding（以问题为导向讲解八股文，楼主觉得很巴适），具体可以自行查看。

此文章仅作学习笔记。