进程、线程和文件描述符笔记整理

进程#

进程是程序的运行实例。进程技术提供了两方面特性。

1. 每个进程好像在独占使用CPU（基于内核的上下文切换机制）
2. 每个进程好像在独占使用内存（基于内核的虚拟内存机制）

系统运行时，每隔几毫秒，外部的时钟芯片会发起中断（timer interrupt），使得内核能够从用户进程中拿回控制权。内核负责进行进程调度，保存原进程的寄存器和地址空间，切换到下一个进程，加载下一个进程寄存器和地址空间，完成上下文切换。

并发（concurrency）依赖内核的调度，并行（parallelism）依赖CPU多核技术。

子进程#

linux使用fork系统调用生成子进程，子进程与父进程几乎一致

• 子进程拥有与父进程相同但独立的地址空间，但并不会立即复制，而是利用COW技术（copy on write）减少开销。

• 子进程会获得一份与父进程相同但独立的文件描述符表。

• 子进程拥有与父进程不同的pid，但与父进程同属于一个进程组。

• 子进程不会继承父进程的SIGNAL handler，但会继承父进程的signal mask

• 子进程中fork返回0，父进程中fork返回子进程的pid

  

线程#

一个进程可以创建多个线程

• 每个进程有自己独立的逻辑控制流
• 同一进程的线程共享进程的用户空间的代码段、数据段、堆以及shared libraries（这玩意甚至对所有进程都共享），和内核空间的虚拟内存结构、文件描述符等。
• 而每个线程拥有独立的栈。值得注意的是，同一个进程内，一个线程可以读写另个线程栈内的数据（需要知道对方的地址），也就是说，不同线程的栈是同时存在于内存地址空间中的，并不会相互覆盖（不考虑物理内存换页的情况）。
• 基于上下文切换，每个线程拥有独立的寄存器、CPU状态码、sp、ip等，但没有独立的内存地址空间。

process = process context + code, data, stack

process = thread + code, data + kernel context

线程之间没有层级关系

在linux中，创建和回收一个进程大概需要20k个时钟周期，而创建和回收一个线程大概只需要10k个时钟周期，或者更少。

文件描述符#

文件描述符（file descriptor）首先在UNIX中使用，并由Linux，MacOS和BSD在内的现代操作系统使用。在Windows中，文件描述符被称为文件句柄。

当一个进程成功打开一个文件，内核会返回一个文件描述符。文件描述符是0~1023之间的整数，它指向文件描述符表的某一项，而文件描述符表的对应的项则指向内核全局文件表（file table）中的某一项条目。文件表的条目包含了文件的inode、偏移、访问限制等信息。所以进程的文件描述符仅对自己有意义，对其他进程是没有意义的。当然，新创建的子进程除外...

全局文件表中的项被至少应该被一个文件描述符索引，否则将被删除。

类unix系统中，前三个文件描述符0，1，2默认为stdin，stdout，stderror。

在Linux中，“一切皆为文件”，所以像网络连接等也被看作是文件描述符。