进程与线程

1、概念

线程是进程的子任务，多个线程共享进程的内存。

2、进程间通信

• 管道（pipe）及命名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系的父子进程间的通信，有名管道除了具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；
• 信号（signal）：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；
• 消息队列：消息队列是消息的链接表，它克服了上两种通信方式中信号量有限的缺点，具有写权限得进程可以按照一定得规则向消息队列中添加新信息；对消息队列有读权限得进程则可以从消息队列中读取信息；
• 共享内存：可以说这是最有用的进程间通信方式。它使得多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据得更新。这种方式需要依靠某种同步操作，如互斥锁和信号量等；
• 信号量：主要作为进程之间及同一种进程的不同线程之间得同步和互斥手段；
• 套接字：这是一种更为一般得进程间通信机制，它可用于网络中不同机器之间的进程间通信，应用非常广泛。

3、同步与互斥

由于进程是并发执行的，这是一个前提。

• 同步：协调工作次序。譬如A、B两个进程分别进行读写数据的操作，那么写数据应该发生在读数据之前，由于异步性的存在，可能会发生先读后写的情况，而由于此时缓冲区为空，该读数据进程就会被阻塞。
  （另一种说法：同步是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。)
• 互斥：共享系统资源。有些资源在一个时间段内只允许一个进程使用。（比如一些系统资源打印机，这些资源称之为临界资源）

4、线程的互斥与同步

• 互斥：互斥量、读写锁、自旋锁
• 同步：条件变量、信号量、轮询结合互斥量、屏障

5、进程、线程同步的方式

• 线程：原子操作、信号量机制、自旋锁管程、会合、分布式系统
• 进程：
  * 互斥量 Synchronized/Lock：采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限。因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问。
  * 信号量 Semphare：它允许同一时刻多个线程访问同一资源，但是需要控制同一时刻访问此资源的最大线程数量事件(信号)，Wait/Notify：通过通知操作的方式来保持多线程同步，还可以方便的实现多线程优先级的比较操作

6、互斥量与自旋锁的区别

都是用于多线程互斥的场景下。

• 自旋锁是一种非阻塞锁，也就是说，如果某线程需要获取自旋锁，但该锁已经被其他线程占用时，该线程不会被挂起，而是在不断的消耗CPU的时间，不停的试图获取自旋锁。
• 互斥量是阻塞锁，当某线程无法获取互斥量时，该线程会被直接挂起，该线程不再消耗CPU时间，当其他线程释放互斥量后，操作系统会激活那个被挂起的线程，让其投入运行。
• 两种锁适用于不同场景：如果是多核处理器，如果预计线程等待锁的时间很短，短到比线程两次上下文切换时间要少的情况下，使用自旋锁是划算的。如果是多核处理器，如果预计线程等待锁的时间较长，至少比两次线程上下文切换的时间要长，建议使用互斥量。如果是单核处理器，一般建议不要使用自旋锁。因为，在同一时间只有一个线程是处在运行状态，那如果运行线程发现无法获取锁，只能等待解锁，但因为自身不挂起，所以那个获取到锁的线程没有办法进入运行状态，只能等到运行线程把操作系统分给它的时间片用完，才能有机会被调度。这种情况下使用自旋锁的代价很高。如果加锁的代码经常被调用，但竞争情况很少发生时，应该优先考虑使用自旋锁，自旋锁的开销比较小，互斥量的开销较大。

7、生产者消费者模型

如果共享数据区已满的话，阻塞生产者继续生产数据放置入内；
如果共享数据区为空的话，阻塞消费者继续消费数据；