进程和线程的概念与区别

 进程和线程的概念。

1、进程

• 进程是计算机中因运行程序的实体。
• 进程是程序的真正运行，用户下达运行程序的命令后，就会产生进程。同一程序可产生   多个进程。
• 进程有三种基本状态：运行状态、就绪状态、阻塞状态。

2、线程

• 线程是程序执行流 的最小单位。一般由线程ID，当前指令指针，寄存器集合和堆栈组成。
• 线程是进程的一个实体，是系统独立调度和分派的基本单位。
• 线程和同它在一个进程下的线程共享内存（但每个线程有自己独立的栈，堆是所有线程共享的）。

 

3、线程与进程的区别？

（1）调度：在传统操作系统中，拥有资源和独立调度的基本单位都是进程。引入线程之后，线程是独立调度的基本单位，进程是拥有资源的基本单位。在同一进程中，线程的切换不会引起进程的切换，而不同进程中进行的线程切换，则会引起进程切换。

（2）拥有资源：进程是拥有资源的基本单位，线程不会拥有资源，但线程可以共享其隶属于进程的共享资源。

（3）并发性：进程可以并发执行，而且同一进程内的多个线程也可以并发执行，从而使操作系统具有良好的并发性，大大提高了系统吞吐量。

（4）系统开销：创建和撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、I/O设备。在进程切换时，涉及当前执行进程CPU环境的保存以及新调度的进程CPU环境的设置；而线程切换时，只需保存和设置少量的寄存器内容。同一进程内的多个线程共享进程的地址空间，因此这些线程之间的同步与通信比较容易实现。

（5）地址空间和其他资源：进程的地址空间之间互相独立，同一进程的各个线程间共享进程的资源，某进程内的线程对于其他进程不可见。

（6）通信方面：进程间通信需要借助操作系统，而线程间可以直接读/写进程数据段来进行通信。

● 典型的调度算法包括：先来先服务（FIFS）、短作业优先算法（SJF）、

优先级调度算法、高响应比优先调度算法、时间片轮转算法、多级反馈队列调度算法。

● 死锁产生的原因和必要条件。

原因： （1）系统资源的竞争。

            （2）进程推进顺序非法。

必要条件：

       （1）互斥条件。

       （2）不剥夺条件。

       （3）请求和保持条件。

       （4）循环等待条件。

       银行家算法是著名的死锁避免算法。

● 常用的置换算法有：最佳置换算法（OPT）、先进先出页面置换算法（FIFO）、最近最久未使用（LRU）置换算法。 

4、进程通信

（1）管道(pipe)

　　管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

（2）有名管道 (namedpipe)

　　有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

（3）信号量(semaphore)

　　信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

（4）消息队列(messagequeue)

　　消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

（5）信号 (sinal)

　　信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

（6）共享内存(shared memory)

　　共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。

（7）套接字(socket)

　　套接字也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同设备及其间的进程通信。

5、线程间的通信方式

（1）锁机制：包括互斥锁、条件变量、读写锁

• 互斥锁提供了以排他方式防止数据结构被并发修改的方法。 
• 读写锁允许多个线程同时读共享数据，而对写操作是互斥的。 
• 条件变量可以以原子的方式阻塞进程，直到某个特定条件为真为止。对条件的测试是在互斥锁的保护下进行的。条件变量始终与互斥锁一起使用。

wait/notify 等待

Volatile 内存共享

CountDownLatch 并发工具

CyclicBarrier 并发工具

（2）信号量机制(Semaphore)

　　包括无名线程信号量和命名线程信号量。

（3）信号机制(Signal)

　　类似进程间的信号处理。

　　线程间的通信目的主要是用于线程同步，所以线程没有像进程通信中的用于数据交换的通信机制。