你要知道的「进程」那些事

进程和线程

进程，指运行中的程序。
在没有线程前，进程如果阻塞，就会被挂起，即使其中有些操作并不依赖于等待的资源，仍旧不会执行。

为了解决这个问题，操作系统引入了线程，作为进程中的一条执行流程。一个进程包含多个线程，线程作为任务的真正执行者，有自己的寄存器和栈。同时，会和进程内其他线程共享虚拟内存等资源。

相比进程，线程开销更小。因为它需要的资源比进程少，所以创建、切换都会比进程快。并且，线程间数据传递无需经过内核，效率更高。

在实现上，线程可以分为用户线程和内核线程。

• 用户线程，无需用户态和内核态的切换，速度快。
  但由于操作系统不参与线程调度，所以一旦某个用户线程阻塞，那其他的也不能执行。
• 而内核线程相反，某个内核线程阻塞，并不会影响其他的。
  但需要用户态和内核态的切换，速度慢。

进程状态

有六种，分别为创建、就绪、运行、结束、阻塞和挂起。

• 进程被创建后，进入创建状态。初始化后，进入就绪状态，等待被调度。
• 成功被调度后，进入运行状态，占用 CPU。运行完毕后，进入结束状态。
• 运行中的进程，若要等待资源，则进入阻塞状态。得到资源后，重新进入就绪状态。
• 另外，还有一个挂起状态，表示进程不在内存，而是在硬盘上。
  

进程调度

有六种，

• 先来先服务：选择最先进入的进程来运行，有利于长作业。
• 最短作业优先：选择运行时间最短的进程来运行，有利于短作业。
• 高响应比优先：选择高响应比的进程来运行，以平衡长短作业。
• 时间片轮转：允许进程在分配的时间片内运行。若时间片用完，则释放进程。
• 最高优先级：选择最高优先级的进程来运行。但低优先级的进程永远不会运行。
• 多级反馈队列：
  • 设置了多个队列，优先级从高到低，同时优先级越高时间片越短。
  • 对于短作业，可以很快在第一级队列处理完。对于长作业，若在第一级队列处理不完，则移入下级队列，虽然等待时间变长，但时间片也会变长。从而很好兼顾了长短作业，同时有不错的性能

进程通信

有六种，分别为管道、消息队列、共享内存、信号量、信号、Socket，

• 管道：保存内核里的一串缓存，使用先进先出的单向传输，实现简单，但不适合进程间频繁通信。分为匿名和命名管道，匿名管道：只能在父子进程间通信。而命名管道：可以在不相关的进程间通信。
• 消息队列：保存在内核中的消息链表，通信方式像发邮件，你来一封，我回一封，可以频繁通信。但不及时，有大小限制，不适合大数据的通信。
• 共享内存：进程共享同一块内存空间。这样，这个进程写入的数据，另一个进程马上就能看到，大大提高了通信的速度。但需要依靠一些同步操作，如锁和信号量。
• 信号量：一个整型的计数器，表示资源的数量，有两个原子操作：
  • P 操作：减 1，若信号量小于 0，则进入阻塞等待。
  • V 操作：加 1，若信号量不大于 0，则唤醒一个等待的进程。
  • 若信号量初值为 0，则为同步量。为 1，则为互斥量（可用来实现生产者-消费者问题）。
• 信号：进程通信中唯一的异步通信机制，用于在异常情况下通知进程。
• Socket：用于不同主机间的进程通信。 建立的方式有：TCP 和 UDP。