进程和线程的一些知识整理

1.什么是进程？

　　运行程序的封装，操作系统进行资源调度分配的基本单位。

 

2.什么什么是进程表？

　　由一个结构数组组成，每个进程占一个进程表项，表项包含进程的重要信息（程序计数器、堆栈指针、内存分配情况、文件状态、账户调度信息等），保证进程能随后再次启动。

 

3.什么是并行和并发？

　　并发：单个核心在很短时间分别执行多个进程。

　　并行：多个核心同时执行多个进程。

 

4.进程的几个状态

　　运行态：进程占用cpu；

　　就绪态：由于其他进程在运行二暂时停止运行；

　　就绪挂起：进程在外存，进入内存马上运行；

　　阻塞态：进程在等待某一事件而暂时运行；

　　阻塞挂起：进程在外存，并等待某一事件发生。

 

5.什么是进程控制块（PCB）？

　　进程存在的唯一标识，用于操作系统感知进程，有以下信息：

　　进程描述信息：进程标识符、用户标识符等；

　　进程控制和管理信息：进程状态、优先级等；

　　进程资源分配清单：虚拟内存空间信息地址、打开文件列表等；

　　cpu相关信息：cpu寄存器的值，便于进程重断点处继续运行。

 

6.进程切换为何比线程慢？

　　进程的切换涉及到虚拟地址空间的切换，而线程没有。虚拟地址转换为物理地址涉及页表查找，页表查找很慢，因此常利用TLB快表来缓存常用的地址映射，页表切换或导致TLB失效，虚拟地址转为物理地址就会变慢，而线程不会。

 

7.什么是守护进程？

　　守护进程是指在后台运⾏的，没有控制终端与它相连的进程。它独⽴于控制终端，周期性地执⾏某种任务。 Linux的⼤多数服务器就是⽤守护进程的⽅式实现的，如web服务器进程http等。

 

8.什么是多进程？

　　通过父进程fork()多个子进程，称为多进程。父子进程除pid号不相同外，几乎所有部分一样。两者共享数据，但在子进程写数据时，会将公共数据重新拷贝一份再修改，而不是在同一块数据修改。

 

9.什么是僵尸进程？如何避免？

　　多进程情况下，子进程结束后，父进程还没捕获子进程退出状态前，子进程变为僵尸进程。目的在于维护子进程信息便于父进程捕获。僵尸进程会占用内核资源，因此要避免僵尸进程的产生和持续时间。

　　避免：调用wait等待子进程会导致父进程阻塞，调用waitpid不会产生阻塞。忽略signal信号可以把僵尸进程交给init进程处理。而不是等待wait回收资源。

 

10.进程的算法调度有哪几种？

　　（1）批处理系统中

　　　　　　先来先服务：每次调度选择最先进入队列的进程，分配处理机。（利于长进程，不利于断进程）　

　　　　　　短作业优先：按照估计运行时间进行调度，时间短的先调度。（平均周转时间最短，利于短进程，不利于长进程，可能产生饥饿现象）

　　　　　　最短剩余时间优先：按估计剩余最短时间调度

　　（2）交互式系统中

　　　　　　高优先权优先调度：为每个进程分配不同的优先级，先调度优先级高的进程。又分为抢占式和非抢占式两种。

　　　　　　高响应比优先调度：短作业和优先级调度的结合，使用动态的优先级，保证长作业也能够有机会被调度，优先级=1+等待时间/服务时间

　　　　　　基于时间片轮转调度：进程队列中每个进程依次运行一个时间片，雨露均沾，但和时间片选取很重要，太长不能保证实时性，太短会导致进程切换频繁浪费时间。

　　　　　　多级反馈队列：有多个进程队列，每个队列进程优先级不一样，每个队列都是时间轮转调度，高优先级队列处理完在处理低优先级，每一次调度后的进程降一级队列。

 

11.进程间的通信方法？

　　无名管道：半双工；单向；管道中数据先入先出；管道数据无格式，需要双方约定格式；不属于文件系统，存在于内存的一个缓冲区，系统不同大小不同；读数据时一次性操纵；只能在有公共祖先的进程使用；存在阻塞方式。

　　有名管道：相对于无名管道多了一个路径名与之关联，以FIFO形式存在于文件系统中，因此不相关进程也能用其通信。

　　内存共享：两个进程创建一块共享内存数据，两个进程通过共同修改缓冲区文件进行通信。通信最快的方式。

　　消息队列：A发信息给B，A将数据放到对应的消息队列，B需要的时候再去读。特点：消息队列是以消息链表保存在内核中，当读取一个消息体，内核就会删除这个消息体，也就是一个消息体只能读一次；如果没有释放消息队列或者关闭操作系统，消息队列会一直存在。 缺点： 通信不及时，传输数据有长度限制，且有数据拷贝开销。

　　信号：简单；不能携带大量信息；满足特点条件才发送。

　　套接字：可用于与其他机器间通信。

 

12.什么是线程？

　　是cpu调度和分配的基本单位，是比进程更小的能独立运行的基本单位。 一个进程里面可以有多个线程，分别完成不同的任务，共享地址空间、文件等资源，但每一个线程都有自己的程序计数器、寄存器、堆栈。

 

13.线程的三种实现

　　1）⽤户线程：⽤户空间实现的线程，由基于⽤户态的线程库管理；

　　　　优点：管理不需要内核直接参与，因此可⽤于不⽀持线程技术的操作系统;⽤户线程切换由线程库调度，不需要⽤户态与内核态之间转换。

　　　　缺点：由于不由操作系统调度，⼀旦⽤户线程发起系统调⽤⽽阻塞，那么此进程下⽤户线程都⽆法运⾏;⼀旦某个⽤户线程正在运⾏，只有当其交出CPU执⾏权，其他⽤户线程才可以运⾏，⽆法被打断，因为只有操 作系统才有权限打断运⾏，但是操作系统不直接参与调度;⽤户线程操作系统⽆法感知，CPU资源是直接分配给线程所在的进程，因此分到具体⽤户线程的时间⽚就较短了。

　　2）内核线程：由操作系统管理、调度，其TCB是存放在内核中。⼀般由操作系统事先创建内核线程集(类似于线程池)，数量有限。

　　　　优点：当⼀个内核线程发起系统调⽤阻塞时不会影响其它内核线程的执⾏;操作系统将CPU资源直接分配给内核线程，更多CPU时间。

　　　　缺点：需要由内核来维护内核线程的上下⽂信息及运⾏状态等，占⽤内核资源;内核线程创建、终⽌、切换都是在内核中进⾏，开销⽐较⼤。

　　3）轻量级线程 LWP：

　　　　内核⽀持的⽤户线程，像普通进程⼀样被调度，其类似于进程中的执⾏线程。 每个LWP都需要⼀个内核线程的⽀持(CPU资源分配、调度)，实际上⽤户线程是运⾏在LWP上的。

 

14.进程与线程区别？

　　1）进程是资源分配的基本单位，线程不拥有资源，但同一进程下的线程共享该进程的资源； ​

　　2）线程是进程的一个执行流，是CPU调度和分派的基本单位，是比进程更小的能独立运行的基本单位； ​

　　3）在创建和撤销进程时，系统都会分配和回收资源，所花费的开销都远远大于线程创建和撤销的开销；同样，进程切换涉及当进程的cpu环境的保存和新进程cpu环境的设置，而线程只需要保存和设置少量的寄存器内容，开销更小； ​

　　4）线程之间通信可以通过直接读写同一进程中的数据来完成，进程通信需要借助IPC来完成。