這里是仍在筆耕不輟的程序喵大人耗時(shí)半個(gè)月完成的精心力作：

0 1 什么是進(jìn)程？

標(biāo)準(zhǔn)定義：進(jìn)程是一個(gè)具有一定獨(dú)立功能的程序在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上依次動(dòng)態(tài)執(zhí)行的過(guò)程。進(jìn)程是一個(gè)正在執(zhí)行程序的實(shí)例，包括程序計(jì)數(shù)器、寄存器和程序變量的當(dāng)前值。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)進(jìn)程就是一個(gè)程序的執(zhí)行流程，內(nèi)部保存程序運(yùn)行所需的資源。

在操作系統(tǒng)中可以有多個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行，可對(duì)于CPU來(lái)說(shuō)，同一時(shí)刻，一個(gè)CPU只能運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程，但在某一時(shí)間段內(nèi)，CPU將這一時(shí)間段拆分成更短的時(shí)間片，CPU不停的在各個(gè)進(jìn)程間游走，這就給人一種并行的錯(cuò)覺(jué)，像CPU可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程一樣，這就是偽并行。 0 2 進(jìn)程和程序有什么聯(lián)系？

一個(gè)進(jìn)程是某種類(lèi)型的一個(gè)活動(dòng)，它有程序、輸入、輸出以及狀態(tài)。單個(gè)處理器可以被若干進(jìn)程共享，它使用某種調(diào)度算法決定何時(shí)停止一個(gè)進(jìn)程的工作，并轉(zhuǎn)而為另一個(gè)進(jìn)程提供服務(wù)。

程序是產(chǎn)生進(jìn)程的基礎(chǔ)

程序的每次運(yùn)行產(chǎn)生不同的進(jìn)程

進(jìn)程是程序功能的體現(xiàn)

通過(guò)多次執(zhí)行，一個(gè)程序可對(duì)應(yīng)多個(gè)進(jìn)程；通過(guò)調(diào)用關(guān)系，一個(gè)進(jìn)程可包括多個(gè)程序

0 3 進(jìn)程和程序有什么區(qū)別？

進(jìn)程是動(dòng)態(tài)的，程序是靜態(tài)的：程序是有序代碼的集合，進(jìn)程是程序的執(zhí)行。

進(jìn)程是暫時(shí)的，程序是永久的：進(jìn)程是一個(gè)狀態(tài)變化的過(guò)程，程序可長(zhǎng)久保存。

進(jìn)程和程序的組成不同：進(jìn)程的組成包括程序、數(shù)據(jù)和進(jìn)程控制塊（進(jìn)程狀態(tài)信息）。 0 4 進(jìn)程有什么特點(diǎn)？

動(dòng)態(tài)性：可動(dòng)態(tài)的創(chuàng)建和結(jié)束進(jìn)程

并發(fā)性：可以被獨(dú)立的調(diào)度并占用處理機(jī)并發(fā)運(yùn)行

獨(dú)立性：不同進(jìn)程的工作不相互影響

制約性：因訪問(wèn)共享資源或進(jìn)程間同步而產(chǎn)生制約

0 5 進(jìn)程如何創(chuàng)建？

有什么事件會(huì)觸發(fā)進(jìn)程的創(chuàng)建呢？

系統(tǒng)初始化：當(dāng)啟動(dòng)操作系統(tǒng)時(shí)，通常會(huì)創(chuàng)建很多進(jìn)程，有些是同用戶交互并替他們完成工作的前臺(tái)進(jìn)程，其它的都是后臺(tái)進(jìn)程，后臺(tái)進(jìn)程和特定用戶沒(méi)有關(guān)系，但也提供某些專(zhuān)門(mén)的功能，例如接收郵件等，這種功能的進(jìn)程也稱(chēng)為守護(hù)進(jìn)程。計(jì)劃任務(wù)是個(gè)典型的守護(hù)進(jìn)程，它每分鐘運(yùn)行一次來(lái)檢查是否有工作需要它完成。如果有工作要做，它就會(huì)完成此工作，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到下一次檢查時(shí)刻的到來(lái)。

正在運(yùn)行的程序執(zhí)行了創(chuàng)建進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用：在一個(gè)進(jìn)程中又創(chuàng)建了一個(gè)新的進(jìn)程，這種情況很常見(jiàn)。

用戶請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程：這種情況相信每個(gè)人都見(jiàn)過(guò)，用電腦時(shí)雙擊某個(gè)應(yīng)用圖標(biāo)，就會(huì)有至少一個(gè)進(jìn)程被創(chuàng)建。

一個(gè)批處理作業(yè)的初始化：這種情形不常見(jiàn)，僅在大型機(jī)的批處理系統(tǒng)中應(yīng)用，用戶在這種系統(tǒng)中提交批處理作業(yè)，在操作系統(tǒng)認(rèn)為有資源可運(yùn)行另一個(gè)作業(yè)時(shí)，它創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程，并運(yùn)行其輸入隊(duì)列中的下一個(gè)作業(yè)。

歸根到底：在UNIX系統(tǒng)中，只有fork系統(tǒng)調(diào)用才可以創(chuàng)建新進(jìn)程，使用方式如下：

#include #include int main() { pid_t id = fork(); if (id < 0) { perror("fork "); } else if (id == 0) { // 子進(jìn)程 printf("子進(jìn)程 "); } else { // 父進(jìn)程 printf("父進(jìn)程 "); } return 0;}

進(jìn)程創(chuàng)建之后，父子進(jìn)程都有各自不同的地址空間，其中一個(gè)進(jìn)程在其地址空間的修改對(duì)另一個(gè)進(jìn)程不可見(jiàn)。子進(jìn)程的初始化空間是父進(jìn)程的一個(gè)副本，這里涉及兩個(gè)不同地址空間，不可寫(xiě)的內(nèi)存區(qū)是共享的，某些UNIX的實(shí)現(xiàn)使程序正文在兩者間共享，因?yàn)樗遣豢尚薷牡摹?/p>

還有一種寫(xiě)時(shí)復(fù)制共享技術(shù)，子進(jìn)程共享父進(jìn)程的所有內(nèi)存，一旦兩者之一想要修改部分內(nèi)存，則這塊內(nèi)存被復(fù)制確保修改發(fā)生在當(dāng)前進(jìn)程的私有內(nèi)存區(qū)域。

0 6 進(jìn)程為何終止？

有什么事件會(huì)觸發(fā)進(jìn)程的終止呢？

正常退出（自愿）：進(jìn)程完成了工作正常終止，UNIX中退出進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用是exit。

出錯(cuò)退出（自愿）：進(jìn)程發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤而退出。可以看如下代碼：

#include #include void Func() { if (error) { // 有錯(cuò)誤就退出程序 exit(1); }} int main() { Func();}

嚴(yán)重錯(cuò)誤（非自愿）：進(jìn)程發(fā)生了嚴(yán)重的錯(cuò)誤而不得不退出，通常是程序的錯(cuò)誤導(dǎo)致，例如執(zhí)行了一條非法指令，引用不存在的內(nèi)存，或者除數(shù)是0等，出現(xiàn)這些錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)程默認(rèn)會(huì)退出。而有些時(shí)候如果用戶想自行處理某種類(lèi)型的錯(cuò)誤，發(fā)生不同類(lèi)型錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)程會(huì)收到不同類(lèi)型的信號(hào)，用戶注冊(cè)處理不同信號(hào)的函數(shù)即可。

被其它進(jìn)程殺死（非自愿）：其它進(jìn)程執(zhí)行kill系統(tǒng)調(diào)用通知操作系統(tǒng)殺死某個(gè)進(jìn)程。

0 7 操作系統(tǒng)如何進(jìn)行進(jìn)程管理？

這里就不得不提到一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：進(jìn)程控制塊（PCB），操作系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程都維護(hù)一個(gè)PCB，用來(lái)保存與該進(jìn)程有關(guān)的各種狀態(tài)信息。進(jìn)程可以抽象理解為就是一個(gè)PCB，PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志，操作系統(tǒng)用PCB來(lái)描述進(jìn)程的基本情況以及運(yùn)行變化的過(guò)程，進(jìn)程的任何狀態(tài)變化都會(huì)通過(guò)PCB來(lái)體現(xiàn)。

PCB包含進(jìn)程狀態(tài)的重要信息，包括程序計(jì)數(shù)器、堆棧指針、內(nèi)存分配狀況、所打開(kāi)文件的狀態(tài)、賬號(hào)和調(diào)度信息，以及其它在進(jìn)程由運(yùn)行態(tài)轉(zhuǎn)換到就緒態(tài)或阻塞態(tài)時(shí)必須保存的信息，從而保證該進(jìn)程隨后能再次啟動(dòng)，就像從未中斷過(guò)一樣。后一小節(jié)會(huì)具體介紹PCB。

提到進(jìn)程管理，有一個(gè)概念我們必須要知道，就是中斷向量，中斷向量是指中斷服務(wù)程序的入口地址。一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中可能會(huì)被中斷無(wú)數(shù)次，但是每次中斷后，被中斷的進(jìn)程都要返回到與中斷發(fā)生前完全相同的狀態(tài)。

中斷發(fā)生后操作系統(tǒng)最底層做了什么呢？

1）硬件壓入堆棧程序計(jì)數(shù)器等；

2）硬件從中斷向量裝入新的程序計(jì)數(shù)器；

3）匯編語(yǔ)言過(guò)程保存寄存器值；

4）匯編語(yǔ)言過(guò)程設(shè)置新的堆棧；

5）C中斷服務(wù)例程運(yùn)行（典型的讀和緩沖輸入）；

6）調(diào)度程序決定下一個(gè)將運(yùn)行的進(jìn)程；

7）C過(guò)程返回到匯編代碼；

8）匯編語(yǔ)言過(guò)程開(kāi)始運(yùn)行新的當(dāng)前進(jìn)程。

0 8 進(jìn)程控制塊中存儲(chǔ)了什么信息？

進(jìn)程標(biāo)識(shí)信息：如本進(jìn)程的標(biāo)識(shí)，本進(jìn)程的父進(jìn)程標(biāo)識(shí)，用戶標(biāo)識(shí)等。

處理機(jī)狀態(tài)信息保護(hù)區(qū)：用于保存進(jìn)程的運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)信息：

用戶可見(jiàn)寄存器：用戶程序可以使用的數(shù)據(jù)，地址等寄存器

控制和狀態(tài)寄存器：程序計(jì)數(shù)器，程序狀態(tài)字

棧指針：過(guò)程調(diào)用、系統(tǒng)調(diào)用、中斷處理和返回時(shí)需要用到它

進(jìn)程控制信息：

調(diào)度和狀態(tài)信息：用于操作系統(tǒng)調(diào)度進(jìn)程使用

進(jìn)程間通信信息：為支持進(jìn)程間與通信相關(guān)的各種標(biāo)識(shí)、信號(hào)、信件等，這些信息存在接收方的進(jìn)程控制塊中

存儲(chǔ)管理信息：包含有指向本進(jìn)程映像存儲(chǔ)空間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

進(jìn)程所用資源：說(shuō)明由進(jìn)程打開(kāi)使用的系統(tǒng)資源，如打開(kāi)的文件等

有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)連接信息：進(jìn)程可以連接到一個(gè)進(jìn)程隊(duì)列中，或連接到相關(guān)的其他進(jìn)程的PCB

0 9 進(jìn)程如何進(jìn)行生命周期管理？

進(jìn)程創(chuàng)建：

創(chuàng)建進(jìn)程有三個(gè)主要事件：

系統(tǒng)初始化

用戶請(qǐng)求創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程

一個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程執(zhí)行創(chuàng)建進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用

進(jìn)程運(yùn)行：內(nèi)核選擇一個(gè)就緒的進(jìn)程，讓它占用處理機(jī)并運(yùn)行，這里就涉及到了進(jìn)程的調(diào)度策略，選擇哪個(gè)進(jìn)程調(diào)度？為什么選擇調(diào)度這個(gè)進(jìn)程呢？（莫慌，下面會(huì)介紹哈）

進(jìn)程等待：

在以下情況下進(jìn)程會(huì)等待（阻塞）：

請(qǐng)求并等待系統(tǒng)服務(wù)，無(wú)法馬上完成

啟動(dòng)某種操作，無(wú)法馬上完成

需要的數(shù)據(jù)沒(méi)有到達(dá)。

注意：進(jìn)程只能自己阻塞自己，因?yàn)橹挥羞M(jìn)程自身才能知道何時(shí)需要等待某種事件的發(fā)生。

進(jìn)程喚醒：

進(jìn)程只能被別的進(jìn)程或操作系統(tǒng)喚醒，喚醒進(jìn)程的原因有：

被阻塞進(jìn)程需要的資源可被滿足

被阻塞進(jìn)程等待的事件到達(dá)

將該進(jìn)程的PCB插入到就緒隊(duì)列

進(jìn)程結(jié)束：

在以下四種情況下進(jìn)程會(huì)結(jié)束：

自愿型正常退出

自愿型錯(cuò)誤退出

強(qiáng)制型致命錯(cuò)誤退出

強(qiáng)制型被其它進(jìn)程殺死退出

10 進(jìn)程都有什么狀態(tài)？

不同系統(tǒng)設(shè)置的進(jìn)程狀態(tài)是不同的，多數(shù)系統(tǒng)中的進(jìn)程在生命結(jié)束前有三種基本狀態(tài)，進(jìn)程只會(huì)處于三種基本狀態(tài)之一：

運(yùn)行狀態(tài)：進(jìn)程正在處理機(jī)上運(yùn)行時(shí)就處在運(yùn)行狀態(tài)，該時(shí)刻進(jìn)程時(shí)鐘占用著CPU；

就緒狀態(tài)：萬(wàn)事俱備，只欠東風(fēng)，進(jìn)程已經(jīng)獲得了除處理機(jī)之外的一切所需資源，一旦得到處理機(jī)就可以運(yùn)行；就緒態(tài)中的進(jìn)程其實(shí)可以運(yùn)行，但因?yàn)槠渌M(jìn)程正在占用著CPU而暫時(shí)停止運(yùn)行；

等待狀態(tài)（阻塞狀態(tài)）：進(jìn)程正在等待某一事件而暫停運(yùn)行，等待某個(gè)資源或者等待輸入輸出完成。除非某種外部事件發(fā)生，否則阻塞態(tài)的進(jìn)程不能運(yùn)行；

進(jìn)程狀態(tài)變化圖如下：

在操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)進(jìn)程不能繼續(xù)運(yùn)行下去時(shí)，進(jìn)程因?yàn)榈却斎攵蛔枞M(jìn)程從運(yùn)行態(tài)轉(zhuǎn)換到阻塞態(tài)！

調(diào)度程序選擇了另一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行時(shí)，當(dāng)前程序就會(huì)從運(yùn)行態(tài)轉(zhuǎn)換到就緒態(tài)！

被調(diào)度程序選擇的程序會(huì)從就緒態(tài)轉(zhuǎn)換到運(yùn)行態(tài)！

當(dāng)阻塞態(tài)的進(jìn)程等待的一個(gè)外部事件發(fā)生時(shí)，就會(huì)從阻塞態(tài)轉(zhuǎn)換到就緒態(tài)，此時(shí)如果沒(méi)有其他進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，則立刻從就緒態(tài)轉(zhuǎn)換到運(yùn)行態(tài)！

某些系統(tǒng)設(shè)置下進(jìn)程還會(huì)有其它狀態(tài)：

創(chuàng)建狀態(tài)：進(jìn)程正在被創(chuàng)建還沒(méi)被轉(zhuǎn)到就緒狀態(tài)之前的狀態(tài)；

結(jié)束狀態(tài)：進(jìn)程正在從系統(tǒng)中消失時(shí)的狀態(tài)。

有些與進(jìn)程管理相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用讀者有必要了解一下：

pid=fork(); // 創(chuàng)建一個(gè)與父進(jìn)程一樣的子進(jìn)程pid=waitpid(); // 等待子進(jìn)程終止s=execve(); // 替換進(jìn)程的核心映像exit(); // 終止進(jìn)程運(yùn)行并返回狀態(tài)值s=sigaction(); // 定義信號(hào)處理的動(dòng)作s=sigprocmask(); // 檢查或更換信號(hào)掩碼s=sigpending(); // 獲得阻塞信號(hào)集合s=sigsuspend(); // 替換信號(hào)掩碼或掛起進(jìn)程alarm(); // 設(shè)置定時(shí)器pause(); // 掛起調(diào)用程序直到下一個(gè)信號(hào)出現(xiàn) 11 什么是進(jìn)程掛起？為什么會(huì)出現(xiàn)進(jìn)程掛起？

進(jìn)程掛起就是為了合理且充分的利用系統(tǒng)資源，把一個(gè)進(jìn)程從內(nèi)存轉(zhuǎn)到外存。進(jìn)程在掛起狀態(tài)時(shí)，意味著進(jìn)程沒(méi)有占用內(nèi)存空間，處在掛起狀態(tài)的進(jìn)程映射在磁盤(pán)上。進(jìn)程掛起通常有兩種狀態(tài)：

阻塞掛起狀態(tài)：進(jìn)程在外存并等待某事件的出現(xiàn)；

就緒掛起狀態(tài)：進(jìn)程在外存，但只要進(jìn)入內(nèi)存即可運(yùn)行。

有什么與進(jìn)程掛起相關(guān)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換？

進(jìn)程掛起可能有以下幾種情況：

阻塞到阻塞掛起：沒(méi)有進(jìn)程處于就緒狀態(tài)或就緒進(jìn)程要求更多內(nèi)存資源時(shí)，會(huì)進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換，以提交新進(jìn)程或運(yùn)行就緒進(jìn)程；

就緒到就緒掛起：當(dāng)有高優(yōu)先級(jí)阻塞進(jìn)程或低優(yōu)先級(jí)就緒進(jìn)程時(shí)，系統(tǒng)會(huì)選擇掛起低優(yōu)先級(jí)就緒進(jìn)程；

運(yùn)行到就緒掛起：對(duì)于搶占式分時(shí)系統(tǒng)，當(dāng)有高優(yōu)先級(jí)阻塞掛起進(jìn)程因事件出現(xiàn)而進(jìn)入就緒掛起時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)把運(yùn)行進(jìn)程轉(zhuǎn)到就緒掛起狀態(tài)；

阻塞掛起到就緒掛起：當(dāng)有阻塞掛起進(jìn)程有相關(guān)事件出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)把阻塞掛起進(jìn)程轉(zhuǎn)換為就緒掛起進(jìn)程。

有進(jìn)程掛起那就有進(jìn)程解掛：指一個(gè)進(jìn)程從外存轉(zhuǎn)到內(nèi)存，相關(guān)狀態(tài)有：

就緒掛起到就緒：沒(méi)有就緒進(jìn)程或就緒掛起進(jìn)程優(yōu)先級(jí)高于就緒進(jìn)程時(shí)，就會(huì)進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換；

阻塞掛起到阻塞：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程釋放足夠內(nèi)存時(shí)，系統(tǒng)會(huì)把一個(gè)高優(yōu)先級(jí)阻塞掛起進(jìn)程轉(zhuǎn)換為阻塞進(jìn)程。 12 什么是進(jìn)程調(diào)度？操作系統(tǒng)對(duì)于進(jìn)程調(diào)度都有什么策略？

當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)進(jìn)程同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)CPU，如果只有一個(gè)CPU可用，那同一時(shí)刻只會(huì)有一個(gè)進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)，操作系統(tǒng)必須要選擇下一個(gè)要運(yùn)行的是哪個(gè)進(jìn)程，在操作系統(tǒng)中，完成選擇工作的這部分稱(chēng)為調(diào)度程序，該程序使用的算法稱(chēng)作調(diào)度算法。

什么時(shí)候進(jìn)行調(diào)度？

系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程后，需要決定是運(yùn)行父進(jìn)程還是運(yùn)行子進(jìn)程

一個(gè)進(jìn)程退出時(shí)需要做出調(diào)度決策，需要決定下一個(gè)運(yùn)行的是哪個(gè)進(jìn)程

當(dāng)一個(gè)進(jìn)程阻塞在I/O和信號(hào)量或者由于其它原因阻塞時(shí)，必須選擇另一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行

當(dāng)一個(gè)I/O中斷發(fā)生時(shí)，如果中斷來(lái)自IO設(shè)備，而該設(shè)備現(xiàn)在完成了工作，某些被阻塞的等待該IO的進(jìn)程就成為可運(yùn)行的就緒進(jìn)程了，是否讓新就緒的進(jìn)程運(yùn)行，或者讓中斷發(fā)生時(shí)運(yùn)行的進(jìn)程繼續(xù)運(yùn)行，或者讓某個(gè)其它進(jìn)程運(yùn)行，這就取決于調(diào)度程序的抉擇了。

調(diào)度算法可以分類(lèi)：

非搶占式調(diào)度算法：挑選一個(gè)進(jìn)程，然后讓該進(jìn)程運(yùn)行直至被阻塞，或者直到該進(jìn)程自動(dòng)釋放CPU，即使該進(jìn)程運(yùn)行了若干個(gè)小時(shí)，它也不會(huì)被強(qiáng)迫掛起。這樣做的結(jié)果是，在時(shí)鐘中斷發(fā)生時(shí)不會(huì)進(jìn)行調(diào)度，在處理完時(shí)鐘中斷后，如果沒(méi)有更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程等待，則被中斷的進(jìn)程會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，調(diào)度程序必須等待事件結(jié)束。

非搶占方式引起進(jìn)程調(diào)度的條件：

進(jìn)程執(zhí)行結(jié)束，或發(fā)生某個(gè)事件而不能繼續(xù)執(zhí)行

正在運(yùn)行的進(jìn)程因有I/O請(qǐng)求而暫停執(zhí)行

進(jìn)程通信或同步過(guò)程中執(zhí)行了某些原語(yǔ)操作（wait、block等）

搶占式調(diào)度算法：挑選一個(gè)進(jìn)程，并且讓該進(jìn)程運(yùn)行某個(gè)固定時(shí)段的最大值。如果在該時(shí)段結(jié)束時(shí)，該進(jìn)程仍在運(yùn)行，它就被掛起，而調(diào)度程序挑選另一個(gè)進(jìn)程運(yùn)行，進(jìn)行搶占式調(diào)度處理，需要在時(shí)間間隔的末端發(fā)生時(shí)鐘中斷，以便CPU控制返回給調(diào)度程序，如果沒(méi)有可用的時(shí)鐘，那么非搶占式調(diào)度就是唯一的選擇。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是當(dāng)前運(yùn)行的進(jìn)程在事件沒(méi)結(jié)束時(shí)就可以被換出，防止單一進(jìn)程長(zhǎng)時(shí)間獨(dú)占CPU資源。下面會(huì)介紹很多搶占式調(diào)度算法：優(yōu)先級(jí)算法、短作業(yè)優(yōu)先算法、輪轉(zhuǎn)算法等。

調(diào)度策略：不同系統(tǒng)環(huán)境下有不同的調(diào)度策略算法。調(diào)度算法也是有KPI的，對(duì)調(diào)度算法首先提的需求就是：

公平：調(diào)度算法需要給每個(gè)進(jìn)程公平的CPU份額，相似的進(jìn)程應(yīng)該得到相似的服務(wù)，對(duì)一個(gè)進(jìn)程給予較其它等價(jià)的進(jìn)程更多的CPU時(shí)間是不公平的，被普通水平的應(yīng)屆生工資倒掛也是不公平的！

執(zhí)行力：每一個(gè)策略必須強(qiáng)制執(zhí)行，需要保證規(guī)定的策略一定要被執(zhí)行。

平衡：需要保證系統(tǒng)的所有部分盡可能都忙碌

但是因?yàn)椴煌膽?yīng)用有不同的目標(biāo)，不同的系統(tǒng)中，調(diào)度程序的優(yōu)化也是不同的，大體可以分為三種環(huán)境：

批處理系統(tǒng)

批處理系統(tǒng)的管理者為了掌握系統(tǒng)的工作狀態(tài)，主要關(guān)注三個(gè)指標(biāo)：

吞吐量：是系統(tǒng)每小時(shí)完成的作業(yè)數(shù)量

周轉(zhuǎn)時(shí)間：指從一個(gè)作業(yè)提交到完成的平均時(shí)間

CPU利用率：盡可能讓CPU忙碌，但又不能過(guò)量

調(diào)度算法：

先來(lái)先服務(wù)

先來(lái)后到嘛，就像平時(shí)去商店買(mǎi)東西需要排隊(duì)一樣，使用該算法，進(jìn)程按照它們請(qǐng)求CPU的順序來(lái)使用CPU，該算法最大的優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，太容易的不一定是好的，該算法也有很大的缺點(diǎn)：平均等待時(shí)間波動(dòng)較大，時(shí)間短的任務(wù)可能排隊(duì)排在了時(shí)間長(zhǎng)的任務(wù)后面。舉個(gè)生活中的例子，排著隊(duì)去取快遞，如果每個(gè)人都很快取出來(lái)快遞還好，如果前面有幾個(gè)人磨磨唧唧到快遞柜前才拿出手機(jī)打開(kāi)app，再找半分鐘它的取件碼，就會(huì)嚴(yán)重拖慢后面的人取快遞的速度，同理排著隊(duì)的進(jìn)程如果每個(gè)進(jìn)程都很快就運(yùn)行完還好，如果其中有一個(gè)得到了CPU的進(jìn)程運(yùn)行時(shí)候磨磨唧唧很長(zhǎng)時(shí)間都運(yùn)行不完，那后面的進(jìn)程基本上就沒(méi)有機(jī)會(huì)運(yùn)行了！

最短作業(yè)優(yōu)先

該調(diào)度算法是非搶占式的算法，每個(gè)進(jìn)程執(zhí)行期間不會(huì)被打斷，每次都選擇執(zhí)行時(shí)間最短的進(jìn)程來(lái)調(diào)度，但問(wèn)題來(lái)了，操作系統(tǒng)怎么可能知道進(jìn)程具體的執(zhí)行時(shí)間呢，所以該算法注定是基于預(yù)測(cè)性質(zhì)的理想化算法，而且有違公平性，而且可能導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)的任務(wù)得不到調(diào)度。

最短剩余時(shí)間優(yōu)先

該調(diào)度算法是搶占式的算法，是最短作業(yè)優(yōu)先的搶占版本，在進(jìn)程運(yùn)行期間，如果來(lái)了個(gè)更短時(shí)間的進(jìn)程，那就轉(zhuǎn)而去把CPU時(shí)間調(diào)度給這個(gè)更短時(shí)間的進(jìn)程，它的缺點(diǎn)和最短作業(yè)優(yōu)先算法類(lèi)似。

交互式系統(tǒng)

對(duì)于交互系統(tǒng)最重要的指標(biāo)就是響應(yīng)時(shí)間和均衡性啦：

響應(yīng)時(shí)間：一個(gè)請(qǐng)求被提交到產(chǎn)生第一次響應(yīng)所花費(fèi)的時(shí)間。你給別人發(fā)微信別人看后不回復(fù)你或者幾個(gè)小時(shí)后才回復(fù)你，你是什么感受，這還是交互式嗎？

均衡性：減少平均響應(yīng)時(shí)間的波動(dòng)。需要符合固有期望和預(yù)期，你給別人發(fā)微信，他有時(shí)候秒回復(fù)，有時(shí)候幾個(gè)小時(shí)后才回復(fù)。在交互式系統(tǒng)中，可預(yù)測(cè)性比高差異低平均更重要。

調(diào)度算法：

輪轉(zhuǎn)調(diào)度

每個(gè)進(jìn)程被分配一個(gè)時(shí)間段，稱(chēng)為時(shí)間片，即CPU做到雨露均沾，輪流翻各個(gè)進(jìn)程的牌子，這段時(shí)間寵幸進(jìn)程A，下一段時(shí)間寵幸進(jìn)程B，再下一段時(shí)間寵幸進(jìn)程C，確保每個(gè)進(jìn)程都可以獲得CPU時(shí)間，如果CPU時(shí)間特別短的話，在外部看來(lái)像是同時(shí)寵幸了所有進(jìn)程一樣。那么問(wèn)題來(lái)了，這個(gè)時(shí)間片究竟多長(zhǎng)時(shí)間好呢？如果時(shí)間片設(shè)的太短會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的進(jìn)程切換，頻繁的上下文切換會(huì)降低CPU效率，而如果時(shí)間片設(shè)的太長(zhǎng)又可能對(duì)短的交互請(qǐng)求的響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，通常將時(shí)間片設(shè)為20-50ms是個(gè)比較合理的折中，大佬們的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則時(shí)維持上下文切換的開(kāi)銷(xiāo)處于1%以內(nèi)。

優(yōu)先級(jí)調(diào)度

上面的輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法是默認(rèn)每個(gè)進(jìn)程都同等重要，都有相同優(yōu)先級(jí)，然而有時(shí)候進(jìn)程需要設(shè)置優(yōu)先級(jí)，例如某些播放視頻的前臺(tái)進(jìn)程可以優(yōu)先于某些收發(fā)郵件的后臺(tái)守護(hù)進(jìn)程被調(diào)度，在優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法中，每個(gè)優(yōu)先級(jí)都有相應(yīng)的隊(duì)列，隊(duì)列里面裝著對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，首先在高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中進(jìn)行輪轉(zhuǎn)調(diào)度，當(dāng)高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列為空時(shí)，轉(zhuǎn)而去低優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中進(jìn)行輪轉(zhuǎn)調(diào)度，如果高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列始終不為空，那么低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程很可能就會(huì)饑餓到很久不能被調(diào)度。

多級(jí)隊(duì)列

多級(jí)隊(duì)列算法與優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法不同，優(yōu)先級(jí)算法中每個(gè)進(jìn)程分配的是相同的時(shí)間片，而在多級(jí)隊(duì)列算法中，不同隊(duì)列中的進(jìn)程分配給不同的時(shí)間片，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程用完分配的時(shí)間片后就移動(dòng)到下一個(gè)隊(duì)列中，這樣可以更好的避免上下文頻繁切換。舉例：有一個(gè)進(jìn)程需要100個(gè)時(shí)間片，如果每次調(diào)度都給分配一個(gè)時(shí)間片，則需要100次上下文切換，這樣CPU運(yùn)行效率較低，通過(guò)多級(jí)隊(duì)列算法，可以考慮最開(kāi)始給這個(gè)進(jìn)程分配1個(gè)時(shí)間片，然后被換出，下次分給它2個(gè)時(shí)間片，再換出，之后分給它4、8、16、64個(gè)時(shí)間片，這樣分配的話，該進(jìn)程只需要7次交換就可以運(yùn)行完成，相比100次上下文切換運(yùn)行效率高了不少，但顧此就會(huì)失彼，那些需要交互的進(jìn)程得到響應(yīng)的速度就會(huì)下降。

最短進(jìn)程優(yōu)先

交互式系統(tǒng)中應(yīng)用最短進(jìn)程優(yōu)先算法其實(shí)是非常適合的，每次都選擇執(zhí)行時(shí)間最短的進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度，這樣可以使任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間最短，但這里有個(gè)任務(wù)，還沒(méi)有運(yùn)行呢，我怎么知道進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間呢？根本沒(méi)辦法非常準(zhǔn)確的再當(dāng)前可運(yùn)行進(jìn)程中找出最短的那個(gè)進(jìn)程。有一種辦法就是根據(jù)進(jìn)程過(guò)去的行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，但這能證明是個(gè)好辦法嗎？

保證調(diào)度

這種調(diào)度算法就是向用戶做出明確的可行的性能保證，然后去實(shí)現(xiàn)它。一種很實(shí)際的可實(shí)現(xiàn)的保證就是確保N個(gè)用戶中每個(gè)用戶都獲得CPU處理能力的1/N，類(lèi)似的，保證N個(gè)進(jìn)程中每個(gè)進(jìn)程都獲得1/N的CPU時(shí)間。

彩票調(diào)度

彩票調(diào)度算法基本思想是為進(jìn)程提供各種資源（CPU時(shí)間）的彩票，一旦需要做出調(diào)度決策時(shí)，就隨機(jī)抽出一張彩票，擁有該彩票的進(jìn)程獲得該資源，很明顯，擁有彩票越多的進(jìn)程，獲得資源的可能性越大。該算法在程序喵看來(lái)可以理解為股票算法，將CPU的使用權(quán)分成若干股，假設(shè)共100股分給了3個(gè)進(jìn)程，給這些進(jìn)程分別分配20、30、50股，那么它們大體上會(huì)按照股權(quán)比例（20：30：50）劃分CPU的使用。

公平分享調(diào)度

假設(shè)有系統(tǒng)兩個(gè)用戶，用戶1啟動(dòng)了1個(gè)進(jìn)程，用戶2啟動(dòng)了9個(gè)進(jìn)程，如果使用輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法，那么用戶1將獲得10%的CPU時(shí)間，用戶2將獲得90%的CPU時(shí)間，這對(duì)用戶來(lái)說(shuō)公平嗎？如果給每個(gè)用戶分配50%的CPU時(shí)間，那么用戶2中的進(jìn)程獲得的CPU時(shí)間明顯比用戶1中的進(jìn)程短，這對(duì)進(jìn)程來(lái)說(shuō)公平嗎？這就取決于怎么定義公平啦？

實(shí)時(shí)系統(tǒng)

實(shí)時(shí)系統(tǒng)顧名思義，最關(guān)鍵的指標(biāo)當(dāng)然是實(shí)時(shí)啦：

滿足截止時(shí)間：需要在規(guī)定deadline前完成作業(yè)；

可預(yù)測(cè)性：可預(yù)測(cè)性是指在系統(tǒng)運(yùn)行的任何時(shí)刻，在任何情況下，實(shí)時(shí)系統(tǒng)的資源調(diào)配策略都能為爭(zhēng)奪資源的任務(wù)合理的分配資源，使每個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)都能得到滿足。

調(diào)度算法分類(lèi)：

硬實(shí)時(shí)

必須在deadline之前完成工作，如果delay，可能會(huì)發(fā)生災(zāi)難性或發(fā)生嚴(yán)重的后果；

軟實(shí)時(shí)

必須在deadline之前完成工作，但如果偶爾delay了，也可以容忍。

調(diào)度算法：

單調(diào)速率調(diào)度

采用搶占式、靜態(tài)優(yōu)先級(jí)的策略，調(diào)度周期性任務(wù)。

每個(gè)任務(wù)最開(kāi)始都被配置好了優(yōu)先級(jí)，當(dāng)較低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程正在運(yùn)行并且有較高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程可以運(yùn)行時(shí)，較高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程將會(huì)搶占低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程。在進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，每個(gè)周期性任務(wù)都會(huì)分配一個(gè)優(yōu)先級(jí)，周期越短，優(yōu)先級(jí)越高。這種策略的理由是：更頻繁的需要CPU的任務(wù)應(yīng)該被分配更高的優(yōu)先級(jí)。

最早截止時(shí)間調(diào)度

根據(jù)截止時(shí)間動(dòng)態(tài)分配優(yōu)先級(jí)，截止時(shí)間越早的進(jìn)程優(yōu)先級(jí)越高。

該算法中，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程可以運(yùn)行時(shí)，它應(yīng)該向操作系統(tǒng)通知截止時(shí)間，根據(jù)截止時(shí)間的早晚，系統(tǒng)會(huì)為該進(jìn)程調(diào)整優(yōu)先級(jí)，以便滿足可運(yùn)行進(jìn)程的截止時(shí)間要求。它與單調(diào)速率調(diào)度算法的區(qū)別就是一個(gè)是靜態(tài)優(yōu)先級(jí)，一個(gè)是動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)。

如何配置調(diào)度策略？

調(diào)度算法有很多種，各有優(yōu)缺點(diǎn)，操作系統(tǒng)自己很少能做出最優(yōu)的選擇，那么可以把選擇權(quán)交給用戶，由用戶根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇適合的調(diào)度算法，這就叫策略與機(jī)制分離，調(diào)度機(jī)制位于內(nèi)核，調(diào)度策略由用戶進(jìn)程決定，將調(diào)度算法以某種形式參數(shù)化，由用戶進(jìn)程來(lái)選擇參數(shù)從而決定內(nèi)核使用哪種調(diào)度算法。 13 操作系統(tǒng)怎么完成進(jìn)程調(diào)度？

進(jìn)程的每次變化都會(huì)有相應(yīng)的狀態(tài)，而操作系統(tǒng)維護(hù)了一組狀態(tài)隊(duì)列，表示系統(tǒng)中所有進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)；不同的狀態(tài)有不同的隊(duì)列，有就緒隊(duì)列阻塞隊(duì)列等，每個(gè)進(jìn)程的PCB都根據(jù)它的狀態(tài)加入到相應(yīng)的隊(duì)列中，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，它的PCB會(huì)從一個(gè)狀態(tài)隊(duì)列中脫離出來(lái)加入到另一個(gè)狀態(tài)隊(duì)列。

注意圖中同一種狀態(tài)為什么有多個(gè)隊(duì)列呢？因?yàn)檫M(jìn)程有優(yōu)先級(jí)概念，相同狀態(tài)的不同隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)不同。

14 什么是線程？

線程是進(jìn)程當(dāng)中的一條執(zhí)行流程，這幾乎就是進(jìn)程的定義，一個(gè)進(jìn)程內(nèi)可以有多個(gè)子執(zhí)行流程，即線程?？梢詮膬蓚€(gè)方面重新理解進(jìn)程：

從資源組合的角度：進(jìn)程把一組相關(guān)的資源組合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)資源平臺(tái)環(huán)境，包括地址空間（代碼段、數(shù)據(jù)段），打開(kāi)的文件等各種資源

從運(yùn)行的角度：代碼在這個(gè)資源平臺(tái)上的執(zhí)行流程，然而線程貌似也是這樣，但是進(jìn)程比線程多了資源內(nèi)容列表樣式：那就有一個(gè)公式：進(jìn)程 = 線程 + 共享資源

15 為什么使用線程？

因?yàn)橐l(fā)編程，在許多情形中同時(shí)發(fā)生著許多活動(dòng)，而某些活動(dòng)有時(shí)候會(huì)被阻塞，通過(guò)將這些活動(dòng)分解成可以準(zhǔn)并行運(yùn)行的多個(gè)順序流程是必須的，而如果使用多進(jìn)程方式進(jìn)行并發(fā)編程，進(jìn)程間的通信也很復(fù)雜，并且維護(hù)進(jìn)程的系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)較大：創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)分配資源建立PCB，撤銷(xiāo)進(jìn)程時(shí)回收資源撤銷(xiāo)PCB，進(jìn)程切換時(shí)保存當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)信息。所以為了使并發(fā)編程的開(kāi)銷(xiāo)盡量小，所以引入多線程編程，可以并發(fā)執(zhí)行也可以共享相同的地址空間。并行實(shí)體擁有共享同一地址空間和所有可用數(shù)據(jù)的能力，這是多進(jìn)程模型所不具備的能力。

使用線程有如下優(yōu)點(diǎn)：

可以多個(gè)線程存在于同一個(gè)進(jìn)程中

各個(gè)線程之間可以并發(fā)的執(zhí)行

各個(gè)線程之間可以共享地址空間和文件等資源

線程比進(jìn)程更輕量級(jí)，創(chuàng)建線程撤銷(xiāo)線程比創(chuàng)建撤銷(xiāo)進(jìn)程要快的多，在許多系統(tǒng)中，創(chuàng)建一個(gè)線程速度是創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程速度的10-100倍。

如果多個(gè)線程是CPU密集型的，并不能很好的獲得更好的性能，但如果多個(gè)線程是IO密集型的，線程存在著大量的計(jì)算和大量的IO處理，有多個(gè)線程允許這些活動(dòng)彼此重疊進(jìn)行，從而會(huì)加快整體程序的執(zhí)行速度。

但也有缺點(diǎn)：

一旦一個(gè)線程崩潰，會(huì)導(dǎo)致其所屬進(jìn)程的所有線程崩潰。

由于各個(gè)線程共享相同的地址空間，那么讀寫(xiě)數(shù)據(jù)可能會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，因此對(duì)同一塊數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)需要采取某些同步機(jī)制來(lái)避免線程不安全問(wèn)題。

16 什么時(shí)候用進(jìn)程、線程？

進(jìn)程是資源分配單位，線程是CPU調(diào)度單位；

進(jìn)程擁有一個(gè)完整的資源平臺(tái)，而線程只獨(dú)享必不可少的資源，如寄存器和棧；

線程同樣具有就緒阻塞和執(zhí)行三種基本狀態(tài)，同樣具有狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；

線程能減少并發(fā)執(zhí)行的時(shí)間和空間開(kāi)銷(xiāo)：

線程的創(chuàng)建時(shí)間比進(jìn)程短

線程的終止時(shí)間比進(jìn)程短

同一進(jìn)程內(nèi)的線程切換時(shí)間比進(jìn)程短

由于同一進(jìn)程的各線程間共享內(nèi)存和文件資源，可直接進(jìn)行不通過(guò)內(nèi)核的通信

結(jié)論：可以在強(qiáng)調(diào)性能時(shí)候使用線程，如果追求更好的容錯(cuò)性可以考慮使用多進(jìn)程，google瀏覽器據(jù)說(shuō)就是用的多進(jìn)程編程。在多CPU系統(tǒng)中，多線程是有益的，在這樣的系統(tǒng)中，通常情況下可以做到真正的并行。

C/C++中如何使用多線程編程？

POSIX使用如下線程封裝函數(shù)來(lái)操作線程：

pthread_create 創(chuàng)建一個(gè)新線程pthread_exit 結(jié)束調(diào)用的線程pthread_join 等待一個(gè)特定的線程退出pthread_yield 釋放CPU來(lái)運(yùn)行另外一個(gè)線程pthread_attr_init 創(chuàng)建并初始化一個(gè)線程的屬性結(jié)構(gòu)pthread_attr_destroy 刪除一個(gè)線程的屬性結(jié)構(gòu)后兩個(gè)函數(shù)是有關(guān)線程屬性的調(diào)用。pthread_attr_init建立關(guān)聯(lián)一個(gè)線程的屬性結(jié)構(gòu)并初始化成默認(rèn)值，這些值（優(yōu)先級(jí)等）可以通過(guò)修改屬性結(jié)構(gòu)中的對(duì)應(yīng)值來(lái)改變；pthread_attr_destroy會(huì)刪除一個(gè)線程的屬性結(jié)構(gòu)，釋放它占用的內(nèi)存，它不會(huì)影響調(diào)用它的線程，線程依然會(huì)繼續(xù)存在。

C++中有std::thread和async，可以很方便的操作多線程，示例代碼如下：

void F() { cout << "a" << endl;} int main() { std::thread r(F); r.detach(); std::sleep_for(std::seconds(20)); return 0;}想了解更多關(guān)于C++線程相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)可以看： ?

c++11新特性，所有知識(shí)點(diǎn)都在這了！

17 線程是如何實(shí)現(xiàn)的？

線程的實(shí)現(xiàn)可分為用戶線程和內(nèi)核線程：

用戶線程：在用戶空間實(shí)現(xiàn)的線程機(jī)制，它不依賴(lài)于操作系統(tǒng)的內(nèi)核，由一組用戶級(jí)的線程庫(kù)函數(shù)來(lái)完成線程的管理，包括進(jìn)程的創(chuàng)建終止同步和調(diào)度等。

用戶線程有如下優(yōu)點(diǎn)：

由于用戶線程的維護(hù)由相應(yīng)進(jìn)程來(lái)完成（通過(guò)線程庫(kù)函數(shù)），不需要操作系統(tǒng)內(nèi)核了解內(nèi)核了解用戶線程的存在，可用于不支持線程技術(shù)的多進(jìn)程操作系統(tǒng)。

每個(gè)進(jìn)程都需要它自己私有的線程控制塊列表，用來(lái)跟蹤記錄它的各個(gè)線程的狀態(tài)信息（PC，棧指針，寄存器），TCB由線程庫(kù)函數(shù)來(lái)維護(hù)；

用戶線程的切換也是由線程庫(kù)函數(shù)來(lái)完成，無(wú)需用戶態(tài)/核心態(tài)切換，所以速度特別快；

允許每個(gè)進(jìn)程擁有自定義的線程調(diào)度算法；

但用戶線程也有缺點(diǎn)：

阻塞性的系統(tǒng)調(diào)用如何實(shí)現(xiàn)？如果一個(gè)線程發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用而阻塞，則整個(gè)進(jìn)程在等待。

當(dāng)一個(gè)線程開(kāi)始運(yùn)行后，除非它主動(dòng)交出CPU的使用權(quán)，否則它所在進(jìn)程當(dāng)中的其它線程將無(wú)法運(yùn)行；

由于時(shí)間片分配給進(jìn)程，與其它進(jìn)程比，在多線程執(zhí)行時(shí)，每個(gè)線程得到的時(shí)間片較少，執(zhí)行會(huì)較慢

內(nèi)核線程：是指在操作系統(tǒng)的內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)的一種線程機(jī)制，由操作系統(tǒng)的內(nèi)核來(lái)完成線程的創(chuàng)建終止和管理。

特點(diǎn)：

在支持內(nèi)核線程的操作系統(tǒng)中，由內(nèi)核來(lái)維護(hù)進(jìn)程和線程的上下文信息（PCB TCB）；

線程的創(chuàng)建終止和切換都是通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)核函數(shù)的方式來(lái)進(jìn)行，由內(nèi)核來(lái)完成，因此系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)較大；

在一個(gè)進(jìn)程當(dāng)中，如果某個(gè)內(nèi)核線程發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用而被阻塞，并不會(huì)影響其它內(nèi)核線程的運(yùn)行；

時(shí)間片分配給線程，多線程的進(jìn)程獲得更多CPU時(shí)間；

tips

由于在內(nèi)核中創(chuàng)建或撤銷(xiāo)線程的代價(jià)比較大，某些系統(tǒng)采取復(fù)用的方式回收線程，當(dāng)某個(gè)線程被撤銷(xiāo)時(shí)，就把它標(biāo)記不可運(yùn)行，但是內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒(méi)有受到任何影響，如果后續(xù)又需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新線程時(shí)，就重新啟動(dòng)被標(biāo)記為不可運(yùn)行的舊線程，從而節(jié)省一些開(kāi)銷(xiāo)。

注意

盡管使用內(nèi)核線程可以解決很多問(wèn)題，但還有些問(wèn)題，例如：當(dāng)一個(gè)多線程的進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程時(shí)會(huì)發(fā)生什么？新進(jìn)程是擁有與原進(jìn)程相同數(shù)量的線程還是只有一個(gè)線程？在很多情況下，最好的選擇取決于進(jìn)程計(jì)劃下一步做什么？如果它要調(diào)用exec啟動(dòng)一個(gè)新程序，或許一個(gè)線程正合適，但如果它繼續(xù)運(yùn)行，那么最好復(fù)制所有的線程。

輕量級(jí)進(jìn)程：它是內(nèi)核支持的用戶線程模型，一個(gè)進(jìn)程可以有多個(gè)輕量級(jí)進(jìn)程，每個(gè)輕量級(jí)進(jìn)程由一個(gè)單獨(dú)的內(nèi)核線程來(lái)支持。

在Linux下是沒(méi)有真正的線程的，它所謂的線程其實(shí)就是使用進(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，就是所謂的輕量級(jí)進(jìn)程，其實(shí)就是進(jìn)程，都是通過(guò)clone接口調(diào)用創(chuàng)建的，只不過(guò)兩者傳遞的參數(shù)不同，通過(guò)參數(shù)決定子進(jìn)程和父進(jìn)程共享的資源種類(lèi)和數(shù)量，進(jìn)而有了普通進(jìn)程和輕量級(jí)進(jìn)程的區(qū)別。

18 什么是上下文切換？

上下文切換指的是操作系統(tǒng)停止當(dāng)前運(yùn)行進(jìn)程（從運(yùn)行狀態(tài)改變成其它狀態(tài)）并且調(diào)度其它進(jìn)程（就緒態(tài)轉(zhuǎn)變成運(yùn)行狀態(tài)）。操作系統(tǒng)必須在切換之前存儲(chǔ)許多部分的進(jìn)程上下文，必須能夠在之后恢復(fù)他們，所以進(jìn)程不能顯示它曾經(jīng)被暫停過(guò)，同時(shí)切換上下文這個(gè)過(guò)程必須快速，因?yàn)樯舷挛那袚Q操作是非常頻繁的。那上下文指的是什么呢？指的是任務(wù)所有共享資源的工作現(xiàn)場(chǎng)，每一個(gè)共享資源都有一個(gè)工作現(xiàn)場(chǎng)，包括用于處理函數(shù)調(diào)用、局部變量分配以及工作現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)的棧頂指針，和用于指令執(zhí)行等功能的各種寄存器。

注意

這里所說(shuō)的進(jìn)程切換導(dǎo)致上下文切換其實(shí)不太準(zhǔn)確，準(zhǔn)確的說(shuō)應(yīng)該是任務(wù)的切換導(dǎo)致上下文切換，這里的任務(wù)可以是進(jìn)程也可以是線程，準(zhǔn)確的說(shuō)線程才是CPU調(diào)度的基本單位，但是因?yàn)楦鱾€(gè)資料都這么解釋上下文切換，所以上面也暫時(shí)這么介紹，只要讀者心里有這個(gè)概念就好。

19 進(jìn)程間通信有幾種方式？

由于各個(gè)進(jìn)程不共享相同的地址空間，任何一個(gè)進(jìn)程的全局變量在另一個(gè)進(jìn)程中都不可見(jiàn)，所以如果想要在進(jìn)程之間傳遞數(shù)據(jù)就需要通過(guò)內(nèi)核，在內(nèi)核中開(kāi)辟出一塊區(qū)域，該區(qū)域?qū)Χ鄠€(gè)進(jìn)程都可見(jiàn)，即可用于進(jìn)程間通信。有讀者可能有疑問(wèn)了，文件方式也是進(jìn)程間通信啊，也要在內(nèi)核開(kāi)辟區(qū)域嗎？這里說(shuō)的內(nèi)核區(qū)域其實(shí)是一段緩沖區(qū)，文件方式傳輸數(shù)據(jù)也有內(nèi)核緩沖區(qū)的參與（零拷貝除外）。

如何開(kāi)辟這種公共區(qū)域來(lái)進(jìn)行進(jìn)程間通信呢？

匿名管道

匿名管道就是pipe，pipe只能在父子進(jìn)程間通信，而且數(shù)據(jù)只能單向流動(dòng)（半雙工通信）。

使用方式：

1）父進(jìn)程創(chuàng)建管道，會(huì)得到兩個(gè)文件描述符，分別指向管道的兩端；

2）父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程，從而子進(jìn)程也有兩個(gè)文件描述符指向同一管道；

3）父進(jìn)程可寫(xiě)數(shù)據(jù)到管道，子進(jìn)程就可從管道中讀出數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信，下面的示例代碼中通過(guò)pipe實(shí)現(xiàn)了每秒鐘父進(jìn)程向子進(jìn)程都發(fā)送消息的功能。

#include #include #include int main() { int _pipe[2]; int ret = pipe(_pipe); if (ret < 0) { perror("pipe "); } pid_t id = fork(); if (id < 0) { perror("fork "); } else if (id == 0) { // 子進(jìn)程 close(_pipe[1]); int j = 0; char _mesg[100]; while (j < 100) { memset(_mesg, '', sizeof(_mesg)); read(_pipe[0], _mesg, sizeof(_mesg)); printf("%s ", _mesg); j++; } } else { // 父進(jìn)程 close(_pipe[0]); int i = 0; char *mesg = NULL; while (i < 100) { mesg = "父進(jìn)程來(lái)寫(xiě)消息了"; write(_pipe[1], mesg, strlen(mesg) + 1); sleep(1); ++i; } } return 0; }

我們平時(shí)也經(jīng)常使用關(guān)于管道的命令行：

ls | less該命令行的流向圖如下：

1：創(chuàng)建管道

2：為ls創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，設(shè)置stdout為管理寫(xiě)端

3：為less創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程，設(shè)置stdin為管道讀端

高級(jí)管道

通過(guò)popen將另一個(gè)程序當(dāng)作一個(gè)新的進(jìn)程在當(dāng)前進(jìn)程中啟動(dòng)，它算作當(dāng)前進(jìn)程的子進(jìn)程，高級(jí)管道只能用在有親緣關(guān)系的進(jìn)程間通信，這種親緣關(guān)系通常指父子進(jìn)程，下面的GetCmdResult函數(shù)可以獲取某個(gè)Linux命令執(zhí)行的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)方式就是通過(guò)popen。

std::string GetCmdResult(const std::string &cmd, int max_size = 10240) { char *data = (char *)malloc(max_size); if (data == NULL) { return std::string("malloc fail"); } memset(data, 0, max_size); const int max_buffer = 256; char buffer[max_buffer]; // 將標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤重定向到標(biāo)準(zhǔn)輸出 FILE *fdp = popen((cmd + " 2>&1").c_str(), "r"); int data_len = 0; if (fdp) { while (!feof(fdp)) { if (fgets(buffer, max_buffer, fdp)) { int len = strlen(buffer); if (data_len + len > max_size) { cout << "data size larger than " << max_size; break; } memcpy(data + data_len, buffer, len); data_len += len; } } pclose(fdp); } std::string ret(data, data_len); free(data); return ret;}? ?

命名管道

匿名管道有個(gè)缺點(diǎn)就是通信的進(jìn)程一定要有親緣關(guān)系，而命名管道就不需要這種限制。

命名管道其實(shí)就是一種特殊類(lèi)型的文件，所謂的命名其實(shí)就是文件名，文件對(duì)各個(gè)進(jìn)程都可見(jiàn)，通過(guò)命名管道創(chuàng)建好特殊文件后，就可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信。

可以通過(guò)mkfifo創(chuàng)建一個(gè)特殊的類(lèi)型的文件，參數(shù)讀者看名字應(yīng)該就了解，一個(gè)是文件名，一個(gè)是文件的讀寫(xiě)權(quán)限：

int mkfifo(const char* filename, mode_t mode);當(dāng)返回值為0時(shí)，表示該命名管道創(chuàng)建成功，至于如何通信，其實(shí)就是個(gè)讀寫(xiě)文件的問(wèn)題！

消息隊(duì)列

隊(duì)列想必大家都知道，像FIFO一樣，這里可以有多個(gè)進(jìn)程寫(xiě)入數(shù)據(jù)，也可以有多個(gè)進(jìn)程從隊(duì)列里讀出數(shù)據(jù)，但消息隊(duì)列有一點(diǎn)比FIFO還更高級(jí)，它讀消息不一定要使用先進(jìn)先出的順序，每個(gè)消息可以賦予類(lèi)型，可以按消息的類(lèi)型讀取，不是指定類(lèi)型的數(shù)據(jù)還存在隊(duì)列中。本質(zhì)上MessageQueue是存放在內(nèi)核中的消息鏈表，每個(gè)消息隊(duì)列鏈表會(huì)由消息隊(duì)列標(biāo)識(shí)符表示，這個(gè)消息隊(duì)列存于內(nèi)核中，只有主動(dòng)的刪除該消息隊(duì)列或者內(nèi)核重啟時(shí)，消息隊(duì)列才會(huì)被刪除。

在Linux中消息隊(duì)列相關(guān)的函數(shù)調(diào)用如下：

// 創(chuàng)建和訪問(wèn)一個(gè)消息隊(duì)列int msgget(key_t, key, int msgflg);// 用來(lái)把消息添加到消息隊(duì)列中int msgsend(int msgid, const void *msg_ptr, size_t msg_sz, int msgflg);// msg_ptr是結(jié)構(gòu)體數(shù)據(jù)的指針，結(jié)構(gòu)第一個(gè)字段要有個(gè)類(lèi)型：struct Msg { long int message_type; // 想要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)};// 從消息隊(duì)列中獲取消息int msgrcv(int msgid, void *msg_ptr, size_t msg_st, long int msgtype, int msgflg);// 用來(lái)控制消息隊(duì)列，不同的command參數(shù)有不同的控制方式int msgctl(int msgid, int command, struct msgid_ds *buf); 示例代碼如下：

#include #include #include #include #include #include #include #include using namespace std; #define BUFFER_SIZ 20 typedef struct { long int msg_type; char text[BUFFER_SIZ];} MsgWrapper; void Receive() { MsgWrapper data; long int msgtype = 2; int msgid = msgget((key_t)1024, 0666 | IPC_CREAT); if (msgid == -1) { cout << "msgget error "; return; } while (true) { if (msgrcv(msgid, (void *)&data, BUFFER_SIZ, msgtype, 0) == -1) { cout << "error " << errno << endl; } cout << "read data " << data.text << endl; if (strlen(data.text) > 6) { // 發(fā)送超過(guò)6個(gè)字符的數(shù)據(jù)，結(jié)束 break; } } if (msgctl(msgid, IPC_RMID, 0) == -1) { cout << "msgctl error "; } cout << "Receive ok ";} void Send() { MsgWrapper data; long int msgtype = 2; int msgid = msgget((key_t)1024, 0666 | IPC_CREAT); if (msgid == -1) { cout << "msgget error "; return; } data.msg_type = msgtype; for (int i = 0; i < 10; ++i) { memset(data.text, 0, BUFFER_SIZ); char a = 'a' + i; memset(data.text, a, 1); if (msgsnd(msgid, (void *)&data, BUFFER_SIZ, 0) == -1) { cout << "msgsnd error "; return; } std::sleep_for(std::seconds(1)); } memcpy(data.text, "1234567", 7); if (msgsnd(msgid, (void *)&data, BUFFER_SIZ, 0) == -1) { cout << "msgsnd error "; return; }} int main() { std::thread r(Receive); r.detach(); std::thread s(Send); s.detach(); std::sleep_for(std::seconds(20)); return 0;} 輸出：root@iZuf64idor3ej648ciairaZ:~# ./a.outread data aread data bread data cread data dread data eread data fread data gread data hread data iread data jread data 1234567Receive ok

代碼中為了演示方便使用消息隊(duì)列進(jìn)行的線程間通信，該代碼同樣用于進(jìn)程間通信，消息隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)依賴(lài)于內(nèi)核的支持，上述代碼可能在某些系統(tǒng)（WSL）上不能運(yùn)行，在正常的Ubuntu上可以正常運(yùn)行。

消息隊(duì)列VS命名管道

消息隊(duì)列>命名管道

1）消息隊(duì)列收發(fā)消息自動(dòng)保證了同步，不需要由進(jìn)程自己來(lái)提供同步方法，而命名管道需要自行處理同步問(wèn)題；

2）消息隊(duì)列接收數(shù)據(jù)可以根據(jù)消息類(lèi)型有選擇的接收特定類(lèi)型的數(shù)據(jù)，不需要像命名管道一樣默認(rèn)接收數(shù)據(jù)。

消息隊(duì)列<命名管道

消息隊(duì)列有一個(gè)缺點(diǎn)就是發(fā)送和接收的每個(gè)數(shù)據(jù)都有最大長(zhǎng)度的限制。

共享內(nèi)存

可開(kāi)辟中一塊內(nèi)存，用于各個(gè)進(jìn)程間共享，使得各個(gè)進(jìn)程可以直接讀寫(xiě)同一塊內(nèi)存空間，就像線程共享同一塊地址空間一樣，該方式基本上是最快的進(jìn)程間通信方式，因?yàn)闆](méi)有系統(tǒng)調(diào)用干預(yù)，也沒(méi)有數(shù)據(jù)的拷貝操作，但由于共享同一塊地址空間，數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)，需要自己引入同步機(jī)制解決數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題。

共享內(nèi)存只是一種方式，它的實(shí)現(xiàn)方式有很多種，主要的有mmap系統(tǒng)調(diào)用、Posix共享內(nèi)存以及System V共享內(nèi)存等。通過(guò)這三種“工具”共享地址空間后，通信的目的自然就會(huì)達(dá)到。

信號(hào)

信號(hào)也是進(jìn)程間通信的一種方式，信號(hào)可以在任何時(shí)候發(fā)送給某一個(gè)進(jìn)程，如果進(jìn)程當(dāng)前并未處于執(zhí)行狀態(tài)，內(nèi)核將信號(hào)保存，直到進(jìn)程恢復(fù)到執(zhí)行態(tài)再發(fā)送給進(jìn)程，進(jìn)程可以對(duì)信號(hào)設(shè)置預(yù)處理方式，如果對(duì)信號(hào)設(shè)置了阻塞處理，則信號(hào)的傳遞會(huì)被延遲直到阻塞被取消，如果進(jìn)程結(jié)束，那信號(hào)就被丟棄。我們常用的CTRL+C和kill等就是信號(hào)的一種，也達(dá)到了進(jìn)程間通信的目的，進(jìn)程也可以對(duì)信號(hào)設(shè)置signal捕獲函數(shù)自定義處理邏輯。這種方式有很大的缺點(diǎn)：只有通知的作用，通知了一下消息的類(lèi)型，但不能傳輸要交換的任何數(shù)據(jù)。

Linux系統(tǒng)中常見(jiàn)的信號(hào)有：

SIGHUP：該信號(hào)在用戶終端結(jié)束時(shí)發(fā)出，通常在中斷的控制進(jìn)程結(jié)束時(shí)，所有進(jìn)程組都將收到該信號(hào)，該信號(hào)的默認(rèn)操作是終止進(jìn)程；

SIGINT：程序終止信號(hào)，通常的CTRL+C產(chǎn)生該信號(hào)來(lái)通知終止進(jìn)程；

SIGQUIT：類(lèi)似于程序錯(cuò)誤信號(hào)，通常的CTRL+產(chǎn)生該信號(hào)通知進(jìn)程退出時(shí)產(chǎn)生core文件；

SIGILL：執(zhí)行了非法指令，通常數(shù)據(jù)段或者堆棧溢出可能產(chǎn)生該信號(hào)；

SIGTRAP：供調(diào)試器使用，由斷電指令或其它陷阱指令產(chǎn)生；

SIGABRT：使程序非正常結(jié)束，調(diào)用abort函數(shù)會(huì)產(chǎn)生該信號(hào)；

SIGBUS：非法地址，通常是地址對(duì)齊問(wèn)題導(dǎo)致，比如訪問(wèn)一個(gè)4字節(jié)長(zhǎng)的整數(shù)，但其地址不是4的倍數(shù)；

SIGSEGV：合理地址的非法訪問(wèn)，訪問(wèn)了未分配的內(nèi)存或者沒(méi)有權(quán)限的內(nèi)存區(qū)域；

SIGPIPE：管道破裂信號(hào)，socket通信時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到，進(jìn)程寫(xiě)入了一個(gè)無(wú)讀者的管道；

SIGALRM：時(shí)鐘定時(shí)信號(hào)，由alarm函數(shù)設(shè)置的時(shí)間終止時(shí)產(chǎn)生；

SIGFPE：出現(xiàn)浮點(diǎn)錯(cuò)誤（比如除0操作）；

SIGKILL：殺死進(jìn)程（不能被捕捉和忽略）；

信號(hào)量

想必大家都聽(tīng)過(guò)信號(hào)量，信號(hào)量就是一個(gè)特殊的變量，程序?qū)ζ湓L問(wèn)都是原子操作，每個(gè)信號(hào)量開(kāi)始都有個(gè)初始值。最簡(jiǎn)單最常見(jiàn)的信號(hào)量是只能取0和1的變量，也叫二值信號(hào)量。

信號(hào)量有兩個(gè)操作，P和V：

P：如果信號(hào)量變量值大于0，則變量值減1，如果值為0，則阻塞進(jìn)程；

V：如果有進(jìn)程阻塞在該信號(hào)量上，則喚醒阻塞的進(jìn)程，如果沒(méi)有進(jìn)程阻塞，則變量值加1

Q 信號(hào)量和信號(hào)有什么關(guān)系？ A

沒(méi)有任何關(guān)系，完全是不同的東西。

Q 信號(hào)量與互斥量有什么區(qū)別？ A

互斥量用于互斥，信號(hào)量用于同步，互斥指的是某一資源同一時(shí)間只允許一個(gè)訪問(wèn)者訪問(wèn)，但無(wú)法限制訪問(wèn)順序，訪問(wèn)是無(wú)序的，而同步在互斥的基礎(chǔ)上可以控制訪問(wèn)者對(duì)資源的順序。

套接字：就是網(wǎng)絡(luò)傳輸，不用多說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)通信都可以多機(jī)通信呢，更不用說(shuō)進(jìn)程間通信啦，你能看到程序喵的文章也是套接字的功勞。

文件：顯而易見(jiàn)，多個(gè)進(jìn)程可以操作同一個(gè)文件，所以也可以通過(guò)文件來(lái)進(jìn)行進(jìn)程間通信。 關(guān)于進(jìn)程和線程的知識(shí)點(diǎn)介紹就到這里，程序喵為了寫(xiě)本文花費(fèi)了半月以上時(shí)間，相信你弄懂這19個(gè)問(wèn)題，面試不用愁！

原文標(biāo)題：進(jìn)程和線程常見(jiàn)的19個(gè)問(wèn)題

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