程序中進(jìn)程和線程常見的19個問題

這里是仍在筆耕不輟的程序喵大人耗時半個月完成的精心力作：

0 1 什么是進(jìn)程？

標(biāo)準(zhǔn)定義：進(jìn)程是一個具有一定獨立功能的程序在一個數(shù)據(jù)集合上依次動態(tài)執(zhí)行的過程。進(jìn)程是一個正在執(zhí)行程序的實例，包括程序計數(shù)器、寄存器和程序變量的當(dāng)前值。

簡單來說進(jìn)程就是一個程序的執(zhí)行流程，內(nèi)部保存程序運行所需的資源。

在操作系統(tǒng)中可以有多個進(jìn)程在運行，可對于CPU來說，同一時刻，一個CPU只能運行一個進(jìn)程，但在某一時間段內(nèi)，CPU將這一時間段拆分成更短的時間片，CPU不停的在各個進(jìn)程間游走，這就給人一種并行的錯覺，像CPU可以同時運行多個進(jìn)程一樣，這就是偽并行。 0 2 進(jìn)程和程序有什么聯(lián)系？

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

程序是產(chǎn)生進(jìn)程的基礎(chǔ)

程序的每次運行產(chǎn)生不同的進(jìn)程

進(jìn)程是程序功能的體現(xiàn)

通過多次執(zhí)行，一個程序可對應(yīng)多個進(jìn)程；通過調(diào)用關(guān)系，一個進(jìn)程可包括多個程序

0 3 進(jìn)程和程序有什么區(qū)別？

進(jìn)程是動態(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)程是暫時的，程序是永久的：進(jìn)程是一個狀態(tài)變化的過程，程序可長久保存。

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？

動態(tài)性：可動態(tài)的創(chuàng)建和結(jié)束進(jìn)程

并發(fā)性：可以被獨立的調(diào)度并占用處理機(jī)并發(fā)運行

獨立性：不同進(jìn)程的工作不相互影響

制約性：因訪問共享資源或進(jìn)程間同步而產(chǎn)生制約

0 5 進(jìn)程如何創(chuàng)建？

有什么事件會觸發(fā)進(jìn)程的創(chuàng)建呢？

系統(tǒng)初始化：當(dāng)啟動操作系統(tǒng)時，通常會創(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進(jìn)程，其它的都是后臺進(jìn)程，后臺進(jìn)程和特定用戶沒有關(guān)系，但也提供某些專門的功能，例如接收郵件等，這種功能的進(jìn)程也稱為守護(hù)進(jìn)程。計劃任務(wù)是個典型的守護(hù)進(jìn)程，它每分鐘運行一次來檢查是否有工作需要它完成。如果有工作要做，它就會完成此工作，然后進(jìn)入休眠狀態(tài)，直到下一次檢查時刻的到來。

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

用戶請求創(chuàng)建一個新進(jìn)程：這種情況相信每個人都見過，用電腦時雙擊某個應(yīng)用圖標(biāo)，就會有至少一個進(jìn)程被創(chuàng)建。

一個批處理作業(yè)的初始化：這種情形不常見，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)為有資源可運行另一個作業(yè)時，它創(chuàng)建一個新的進(jìn)程，并運行其輸入隊列中的下一個作業(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，其中一個進(jìn)程在其地址空間的修改對另一個進(jìn)程不可見。子進(jìn)程的初始化空間是父進(jìn)程的一個副本，這里涉及兩個不同地址空間，不可寫的內(nèi)存區(qū)是共享的，某些UNIX的實現(xiàn)使程序正文在兩者間共享，因為它是不可修改的。

還有一種寫時復(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。

出錯退出（自愿）：進(jìn)程發(fā)現(xiàn)了錯誤而退出?？梢钥慈缦麓a：

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

嚴(yán)重錯誤（非自愿）：進(jìn)程發(fā)生了嚴(yán)重的錯誤而不得不退出，通常是程序的錯誤導(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)這些錯誤時進(jìn)程默認(rèn)會退出。而有些時候如果用戶想自行處理某種類型的錯誤，發(fā)生不同類型錯誤時進(jìn)程會收到不同類型的信號，用戶注冊處理不同信號的函數(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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：進(jìn)程控制塊（PCB），操作系統(tǒng)為每個進(jìn)程都維護(hù)一個PCB，用來保存與該進(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PCB，PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志，操作系統(tǒng)用PCB來描述進(jìn)程的基本情況以及運行變化的過程，進(jìn)程的任何狀態(tài)變化都會通過PCB來體現(xiàn)。

PCB包含進(jìn)程狀態(tài)的重要信息，包括程序計數(shù)器、堆棧指針、內(nèi)存分配狀況、所打開文件的狀態(tài)、賬號和調(diào)度信息，以及其它在進(jìn)程由運行態(tài)轉(zhuǎn)換到就緒態(tài)或阻塞態(tài)時必須保存的信息，從而保證該進(jìn)程隨后能再次啟動，就像從未中斷過一樣。后一小節(jié)會具體介紹PCB。

提到進(jìn)程管理，有一個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。一個進(jìn)程在執(zhí)行過程中可能會被中斷無數(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數(shù)器等；

2）硬件從中斷向量裝入新的程序計數(shù)器；

3）匯編語言過程保存寄存器值；

4）匯編語言過程設(shè)置新的堆棧；

5）C中斷服務(wù)例程運行（典型的讀和緩沖輸入）；

6）調(diào)度程序決定下一個將運行的進(jìn)程；

7）C過程返回到匯編代碼；

8）匯編語言過程開始運行新的當(dāng)前進(jìn)程。

0 8 進(jìn)程控制塊中存儲了什么信息？

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

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

用戶可見寄存器：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：程序計數(shù)器，程序狀態(tài)字

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

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、信號、信件等，這些信息存在接收方的進(jìn)程控制塊中

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

進(jìn)程所用資源：說明由進(jìn)程打開使用的系統(tǒng)資源，如打開的文件等

有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)連接信息：進(jìn)程可以連接到一個進(jìn)程隊列中，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)程有三個主要事件：

系統(tǒng)初始化

用戶請求創(chuàng)建一個新進(jìn)程

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

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

進(jìn)程等待：

在以下情況下進(jìn)程會等待（阻塞）：

請求并等待系統(tǒng)服務(wù)，無法馬上完成

啟動某種操作，無法馬上完成

需要的數(shù)據(jù)沒有到達(dá)。

注意：進(jìn)程只能自己阻塞自己，因為只有進(jìn)程自身才能知道何時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插入到就緒隊列

進(jìn)程結(jié)束：

在以下四種情況下進(jìn)程會結(jié)束：

自愿型正常退出

自愿型錯誤退出

強制型致命錯誤退出

強制型被其它進(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)程只會處于三種基本狀態(tài)之一：

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

就緒狀態(tài)：萬事俱備，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)就可以運行；就緒態(tài)中的進(jìn)程其實可以運行，但因為其它進(jìn)程正在占用著CPU而暫時停止運行；

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行，等待某個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)運行下去時，進(jìn)程因為等待輸入而被阻塞，進(jìn)程從運行態(tài)轉(zhuǎn)換到阻塞態(tài)！

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

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

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

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

創(chuàng)建狀態(tài)：進(jìn)程正在被創(chuàng)建還沒被轉(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)程運行并返回狀態(tài)值s=sigaction(); // 定義信號處理的動作s=sigprocmask(); // 檢查或更換信號掩碼s=sigpending(); // 獲得阻塞信號集合s=sigsuspend(); // 替換信號掩碼或掛起進(jìn)程alarm(); // 設(shè)置定時器pause(); // 掛起調(diào)用程序直到下一個信號出現(xiàn) 11 什么是進(jìn)程掛起？為什么會出現(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，把一個進(jìn)程從內(nèi)存轉(zhuǎn)到外存。進(jìn)程在掛起狀態(tài)時，意味著進(jìn)程沒有占用內(nèi)存空間，處在掛起狀態(tài)的進(jìn)程映射在磁盤上。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，會進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換，以提交新進(jìn)程或運行就緒進(jìn)程；

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

運行到就緒掛起：對于搶占式分時系統(tǒng)，當(dāng)有高優(yōu)先級阻塞掛起進(jìn)程因事件出現(xiàn)而進(jìn)入就緒掛起時，系統(tǒng)可能會把運行進(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，系統(tǒng)會把阻塞掛起進(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：沒有就緒進(jìn)程或就緒掛起進(jìn)程優(yōu)先級高于就緒進(jìn)程時，就會進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換；

阻塞掛起到阻塞：當(dāng)一個進(jìn)程釋放足夠內(nèi)存時，系統(tǒng)會把一個高優(yōu)先級阻塞掛起進(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)對于進(jìn)程調(diào)度都有什么策略？

當(dāng)系統(tǒng)中有多個進(jìn)程同時競爭CPU，如果只有一個CPU可用，那同一時刻只會有一個進(jìn)程處于運行狀態(tài)，操作系統(tǒng)必須要選擇下一個要運行的是哪個進(jìn)程，在操作系統(tǒng)中，完成選擇工作的這部分稱為調(diào)度程序，該程序使用的算法稱作調(diào)度算法。

什么時候進(jìn)行調(diào)度？

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

一個進(jìn)程退出時需要做出調(diào)度決策，需要決定下一個運行的是哪個進(jìn)程

當(dāng)一個進(jìn)程阻塞在I/O和信號量或者由于其它原因阻塞時，必須選擇另一個進(jìn)程運行

當(dāng)一個I/O中斷發(fā)生時，如果中斷來自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)程就成為可運行的就緒進(jìn)程了，是否讓新就緒的進(jìn)程運行，或者讓中斷發(fā)生時運行的進(jìn)程繼續(xù)運行，或者讓某個其它進(jìn)程運行，這就取決于調(diào)度程序的抉擇了。

調(diào)度算法可以分類：

非搶占式調(diào)度算法：挑選一個進(jìn)程，然后讓該進(jìn)程運行直至被阻塞，或者直到該進(jìn)程自動釋放CPU，即使該進(jìn)程運行了若干個小時，它也不會被強迫掛起。這樣做的結(jié)果是，在時鐘中斷發(fā)生時不會進(jìn)行調(diào)度，在處理完時鐘中斷后，如果沒有更高優(yōu)先級的進(jìn)程等待，則被中斷的進(jìn)程會繼續(xù)執(zhí)行。簡單來說，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)生某個事件而不能繼續(xù)執(zhí)行

正在運行的進(jìn)程因有I/O請求而暫停執(zhí)行

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

搶占式調(diào)度算法：挑選一個進(jìn)程，并且讓該進(jìn)程運行某個固定時段的最大值。如果在該時段結(jié)束時，該進(jìn)程仍在運行，它就被掛起，而調(diào)度程序挑選另一個進(jìn)程運行，進(jìn)行搶占式調(diào)度處理，需要在時間間隔的末端發(fā)生時鐘中斷，以便CPU控制返回給調(diào)度程序，如果沒有可用的時鐘，那么非搶占式調(diào)度就是唯一的選擇。簡單來說，就是當(dāng)前運行的進(jìn)程在事件沒結(jié)束時就可以被換出，防止單一進(jìn)程長時間獨占CPU資源。下面會介紹很多搶占式調(diào)度算法：優(yōu)先級算法、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)，對一個進(jìn)程給予較其它等價的進(jìn)程更多的CPU時間是不公平的，被普通水平的應(yīng)屆生工資倒掛也是不公平的！

執(zhí)行力：每一個策略必須強制執(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

但是因為不同的應(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)注三個指標(biāo)：

吞吐量：是系統(tǒng)每小時完成的作業(yè)數(shù)量

周轉(zhuǎn)時間：指從一個作業(yè)提交到完成的平均時間

CPU利用率：盡可能讓CPU忙碌，但又不能過量

調(diào)度算法：

先來先服務(wù)

先來后到嘛，就像平時去商店買東西需要排隊一樣，使用該算法，進(jìn)程按照它們請求CPU的順序來使用CPU，該算法最大的優(yōu)點就是簡單易于實現(xiàn)，太容易的不一定是好的，該算法也有很大的缺點：平均等待時間波動較大，時間短的任務(wù)可能排隊排在了時間長的任務(wù)后面。舉個生活中的例子，排著隊去取快遞，如果每個人都很快取出來快遞還好，如果前面有幾個人磨磨唧唧到快遞柜前才拿出手機(jī)打開app，再找半分鐘它的取件碼，就會嚴(yán)重拖慢后面的人取快遞的速度，同理排著隊的進(jìn)程如果每個進(jìn)程都很快就運行完還好，如果其中有一個得到了CPU的進(jìn)程運行時候磨磨唧唧很長時間都運行不完，那后面的進(jìn)程基本上就沒有機(jī)會運行了！

最短作業(yè)優(yōu)先

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

最短剩余時間優(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)程運行期間，如果來了個更短時間的進(jìn)程，那就轉(zhuǎn)而去把CPU時間調(diào)度給這個更短時間的進(jìn)程，它的缺點和最短作業(yè)優(yōu)先算法類似。

交互式系統(tǒng)

對于交互系統(tǒng)最重要的指標(biāo)就是響應(yīng)時間和均衡性啦：

響應(yīng)時間：一個請求被提交到產(chǎn)生第一次響應(yīng)所花費的時間。你給別人發(fā)微信別人看后不回復(fù)你或者幾個小時后才回復(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)時間的波動。需要符合固有期望和預(yù)期，你給別人發(fā)微信，他有時候秒回復(fù)，有時候幾個小時后才回復(fù)。在交互式系統(tǒng)中，可預(yù)測性比高差異低平均更重要。

調(diào)度算法：

輪轉(zhuǎn)調(diào)度

每個進(jìn)程被分配一個時間段，稱為時間片，即CPU做到雨露均沾，輪流翻各個進(jìn)程的牌子，這段時間寵幸進(jìn)程A，下一段時間寵幸進(jìn)程B，再下一段時間寵幸進(jìn)程C，確保每個進(jìn)程都可以獲得CPU時間，如果CPU時間特別短的話，在外部看來像是同時寵幸了所有進(jìn)程一樣。那么問題來了，這個時間片究竟多長時間好呢？如果時間片設(shè)的太短會導(dǎo)致過多的進(jìn)程切換，頻繁的上下文切換會降低CPU效率，而如果時間片設(shè)的太長又可能對短的交互請求的響應(yīng)時間變長，通常將時間片設(shè)為20-50ms是個比較合理的折中，大佬們的經(jīng)驗規(guī)則時維持上下文切換的開銷處于1%以內(nèi)。

優(yōu)先級調(diào)度

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

多級隊列

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

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)先算法其實是非常適合的，每次都選擇執(zhí)行時間最短的進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度，這樣可以使任務(wù)的響應(yīng)時間最短，但這里有個任務(wù)，還沒有運行呢，我怎么知道進(jìn)程的運行時間呢？根本沒辦法非常準(zhǔn)確的再當(dāng)前可運行進(jìn)程中找出最短的那個進(jìn)程。有一種辦法就是根據(jù)進(jìn)程過去的行為進(jìn)行預(yù)測，但這能證明是個好辦法嗎？

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，然后去實現(xiàn)它。一種很實際的可實現(xiàn)的保證就是確保N個用戶中每個用戶都獲得CPU處理能力的1/N，類似的，保證N個進(jìn)程中每個進(jìn)程都獲得1/N的CPU時間。

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時間）的彩票，一旦需要做出調(diào)度決策時，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)兩個用戶，用戶1啟動了1個進(jìn)程，用戶2啟動了9個進(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時間，用戶2將獲得90%的CPU時間，這對用戶來說公平嗎？如果給每個用戶分配50%的CPU時間，那么用戶2中的進(jìn)程獲得的CPU時間明顯比用戶1中的進(jìn)程短，這對進(jìn)程來說公平嗎？這就取決于怎么定義公平啦？

實時系統(tǒng)

實時系統(tǒng)顧名思義，最關(guān)鍵的指標(biāo)當(dāng)然是實時啦：

滿足截止時間：需要在規(guī)定deadline前完成作業(yè)；

可預(yù)測性：可預(yù)測性是指在系統(tǒng)運行的任何時刻，在任何情況下，實時系統(tǒng)的資源調(diào)配策略都能為爭奪資源的任務(wù)合理的分配資源，使每個實時任務(wù)都能得到滿足。

調(diào)度算法分類：

硬實時

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

軟實時

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)先級的策略，調(diào)度周期性任務(wù)。

每個任務(wù)最開始都被配置好了優(yōu)先級，當(dāng)較低優(yōu)先級的進(jìn)程正在運行并且有較高優(yōu)先級的進(jìn)程可以運行時，較高優(yōu)先級的進(jìn)程將會搶占低優(yōu)先級的進(jìn)程。在進(jìn)入系統(tǒng)時，每個周期性任務(wù)都會分配一個優(yōu)先級，周期越短，優(yōu)先級越高。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。

最早截止時間調(diào)度

根據(jù)截止時間動態(tài)分配優(yōu)先級，截止時間越早的進(jìn)程優(yōu)先級越高。

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

如何配置調(diào)度策略？

調(diào)度算法有很多種，各有優(yōu)缺點，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)實際情況來選擇適合的調(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)程的每次變化都會有相應(yīng)的狀態(tài)，而操作系統(tǒng)維護(hù)了一組狀態(tài)隊列，表示系統(tǒng)中所有進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)；不同的狀態(tài)有不同的隊列，有就緒隊列阻塞隊列等，每個進(jìn)程的PCB都根據(jù)它的狀態(tài)加入到相應(yīng)的隊列中，當(dāng)一個進(jìn)程的狀態(tài)發(fā)生變化時，它的PCB會從一個狀態(tài)隊列中脫離出來加入到另一個狀態(tài)隊列。

注意圖中同一種狀態(tài)為什么有多個隊列呢？因為進(jìn)程有優(yōu)先級概念，相同狀態(tài)的不同隊列的優(yōu)先級不同。

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，一個進(jìn)程內(nèi)可以有多個子執(zhí)行流程，即線程?？梢詮膬蓚€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，構(gòu)成一個資源平臺環(huán)境，包括地址空間（代碼段、數(shù)據(jù)段），打開的文件等各種資源

從運行的角度：代碼在這個資源平臺上的執(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：那就有一個公式：進(jìn)程 = 線程 + 共享資源

15 為什么使用線程？

因為要并發(fā)編程，在許多情形中同時發(fā)生著許多活動，而某些活動有時候會被阻塞，通過將這些活動分解成可以準(zhǔn)并行運行的多個順序流程是必須的，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)開銷較大：創(chuàng)建進(jìn)程時分配資源建立PCB，撤銷進(jìn)程時回收資源撤銷PCB，進(jìn)程切換時保存當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)信息。所以為了使并發(fā)編程的開銷盡量小，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：

可以多個線程存在于同一個進(jìn)程中

各個線程之間可以并發(fā)的執(zhí)行

各個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，創(chuàng)建線程撤銷線程比創(chuàng)建撤銷進(jìn)程要快的多，在許多系統(tǒng)中，創(chuàng)建一個線程速度是創(chuàng)建一個進(jìn)程速度的10-100倍。

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

但也有缺點：

一旦一個線程崩潰，會導(dǎo)致其所屬進(jìn)程的所有線程崩潰。

由于各個線程共享相同的地址空間，那么讀寫數(shù)據(jù)可能會導(dǎo)致競爭關(guān)系，因此對同一塊數(shù)據(jù)的讀寫需要采取某些同步機(jī)制來避免線程不安全問題。

16 什么時候用進(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)程擁有一個完整的資源平臺，而線程只獨享必不可少的資源，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)行的時間和空間開銷：

線程的創(chuàng)建時間比進(jìn)程短

線程的終止時間比進(jìn)程短

同一進(jìn)程內(nèi)的線程切換時間比進(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)行不通過內(nèi)核的通信

結(jié)論：可以在強調(diào)性能時候使用線程，如果追求更好的容錯性可以考慮使用多進(jìn)程，google瀏覽器據(jù)說就是用的多進(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)來操作線程：

pthread_create 創(chuàng)建一個新線程pthread_exit 結(jié)束調(diào)用的線程pthread_join 等待一個特定的線程退出pthread_yield 釋放CPU來運行另外一個線程pthread_attr_init 創(chuàng)建并初始化一個線程的屬性結(jié)構(gòu)pthread_attr_destroy 刪除一個線程的屬性結(jié)構(gòu)后兩個函數(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)先級等）可以通過修改屬性結(jié)構(gòu)中的對應(yīng)值來改變；pthread_attr_destroy會刪除一個線程的屬性結(jié)構(gòu)，釋放它占用的內(nèi)存，它不會影響調(diào)用它的線程，線程依然會繼續(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)的知識點可以看： ?

c++11新特性，所有知識點都在這了！

17 線程是如何實現(xiàn)的？

線程的實現(xiàn)可分為用戶線程和內(nèi)核線程：

用戶線程：在用戶空間實現(xiàn)的線程機(jī)制，它不依賴于操作系統(tǒng)的內(nèi)核，由一組用戶級的線程庫函數(shù)來完成線程的管理，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：

由于用戶線程的維護(hù)由相應(yīng)進(jìn)程來完成（通過線程庫函數(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)。

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

用戶線程的切換也是由線程庫函數(shù)來完成，無需用戶態(tài)/核心態(tài)切換，所以速度特別快；

允許每個進(jìn)程擁有自定義的線程調(diào)度算法；

但用戶線程也有缺點：

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

當(dāng)一個線程開始運行后，除非它主動交出CPU的使用權(quán)，否則它所在進(jìn)程當(dāng)中的其它線程將無法運行；

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

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

特點：

在支持內(nèi)核線程的操作系統(tǒng)中，由內(nèi)核來維護(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系統(tǒng)調(diào)用內(nèi)核函數(shù)的方式來進(jìn)行，由內(nèi)核來完成，因此系統(tǒng)開銷較大；

在一個進(jìn)程當(dāng)中，如果某個內(nèi)核線程發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用而被阻塞，并不會影響其它內(nèi)核線程的運行；

時間片分配給線程，多線程的進(jìn)程獲得更多CPU時間；

tips

由于在內(nèi)核中創(chuàng)建或撤銷線程的代價比較大，某些系統(tǒng)采取復(fù)用的方式回收線程，當(dāng)某個線程被撤銷時，就把它標(biāo)記不可運行，但是內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)沒有受到任何影響，如果后續(xù)又需要創(chuàng)建一個新線程時，就重新啟動被標(biāo)記為不可運行的舊線程，從而節(jié)省一些開銷。

注意

盡管使用內(nèi)核線程可以解決很多問題，但還有些問題，例如：當(dāng)一個多線程的進(jìn)程創(chuàng)建一個新的進(jìn)程時會發(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線程？在很多情況下，最好的選擇取決于進(jìn)程計劃下一步做什么？如果它要調(diào)用exec啟動一個新程序，或許一個線程正合適，但如果它繼續(xù)運行，那么最好復(fù)制所有的線程。

輕量級進(jìn)程：它是內(nèi)核支持的用戶線程模型，一個進(jìn)程可以有多個輕量級進(jìn)程，每個輕量級進(jìn)程由一個單獨的內(nèi)核線程來支持。

在Linux下是沒有真正的線程的，它所謂的線程其實就是使用進(jìn)程來實現(xiàn)的，就是所謂的輕量級進(jìn)程，其實就是進(jìn)程，都是通過clone接口調(diào)用創(chuàng)建的，只不過兩者傳遞的參數(shù)不同，通過參數(shù)決定子進(jìn)程和父進(jìn)程共享的資源種類和數(shù)量，進(jìn)而有了普通進(jìn)程和輕量級進(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)前運行進(jìn)程（從運行狀態(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)變成運行狀態(tài)）。操作系統(tǒng)必須在切換之前存儲許多部分的進(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，同時切換上下文這個過程必須快速，因為上下文切換操作是非常頻繁的。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，每一個共享資源都有一個工作現(xiàn)場，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

這里所說的進(jìn)程切換導(dǎo)致上下文切換其實不太準(zhǔn)確，準(zhǔn)確的說應(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)確的說線程才是CPU調(diào)度的基本單位，但是因為各個資料都這么解釋上下文切換，所以上面也暫時這么介紹，只要讀者心里有這個概念就好。

19 進(jìn)程間通信有幾種方式？

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

如何開辟這種公共區(qū)域來進(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（半雙工通信）。

使用方式：

1）父進(jìn)程創(chuàng)建管道，會得到兩個文件描述符，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)程也有兩個文件描述符指向同一管道；

3）父進(jìn)程可寫數(shù)據(jù)到管道，子進(jìn)程就可從管道中讀出數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)進(jìn)程間通信，下面的示例代碼中通過pipe實現(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)程來寫消息了"; write(_pipe[1], mesg, strlen(mesg) + 1); sleep(1); ++i; } } return 0; }

我們平時也經(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)建一個進(jìn)程，設(shè)置stdout為管理寫端

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

高級管道

通過popen將另一個程序當(dāng)作一個新的進(jìn)程在當(dāng)前進(jìn)程中啟動，它算作當(dāng)前進(jìn)程的子進(jìn)程，高級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Linux命令執(zhí)行的結(jié)果，實現(xiàn)方式就是通過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

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

命名管道其實就是一種特殊類型的文件，所謂的命名其實就是文件名，文件對各個進(jìn)程都可見，通過命名管道創(chuàng)建好特殊文件后，就可以實現(xiàn)進(jìn)程間通信。

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

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

消息隊列

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

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

// 創(chuàng)建和訪問一個消息隊列int msgget(key_t, key, int msgflg);// 用來把消息添加到消息隊列中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)第一個字段要有個類型：struct Msg { long int message_type; // 想要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)};// 從消息隊列中獲取消息int msgrcv(int msgid, void *msg_ptr, size_t msg_st, long int msgtype, int msgflg);// 用來控制消息隊列，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6個字符的數(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，消息隊列的實現(xiàn)依賴于內(nèi)核的支持，上述代碼可能在某些系統(tǒng)（WSL）上不能運行，在正常的Ubuntu上可以正常運行。

消息隊列VS命名管道

消息隊列>命名管道

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

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

消息隊列<命名管道

消息隊列有一個缺點就是發(fā)送和接收的每個數(shù)據(jù)都有最大長度的限制。

共享內(nèi)存

可開辟中一塊內(nèi)存，用于各個進(jìn)程間共享，使得各個進(jìn)程可以直接讀寫同一塊內(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，因為沒有系統(tǒng)調(diào)用干預(yù)，也沒有數(shù)據(jù)的拷貝操作，但由于共享同一塊地址空間，數(shù)據(jù)競爭的問題就會出現(xiàn)，需要自己引入同步機(jī)制解決數(shù)據(jù)競爭問題。

共享內(nèi)存只是一種方式，它的實現(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。通過這三種“工具”共享地址空間后，通信的目的自然就會達(dá)到。

信號

信號也是進(jìn)程間通信的一種方式，信號可以在任何時候發(fā)送給某一個進(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)程可以對信號設(shè)置預(yù)處理方式，如果對信號設(shè)置了阻塞處理，則信號的傳遞會被延遲直到阻塞被取消，如果進(jìn)程結(jié)束，那信號就被丟棄。我們常用的CTRL+C和kill等就是信號的一種，也達(dá)到了進(jìn)程間通信的目的，進(jìn)程也可以對信號設(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：只有通知的作用，通知了一下消息的類型，但不能傳輸要交換的任何數(shù)據(jù)。

Linux系統(tǒng)中常見的信號有：

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

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

SIGQUIT：類似于程序錯誤信號，通常的CTRL+產(chǎn)生該信號通知進(jìn)程退出時產(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；

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)會產(chǎn)生該信號；

SIGBUS：非法地址，通常是地址對齊問題導(dǎo)致，比如訪問一個4字節(jié)長的整數(shù)，但其地址不是4的倍數(shù)；

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

SIGPIPE：管道破裂信號，socket通信時經(jīng)常會遇到，進(jìn)程寫入了一個無讀者的管道；

SIGALRM：時鐘定時信號，由alarm函數(shù)設(shè)置的時間終止時產(chǎn)生；

SIGFPE：出現(xiàn)浮點錯誤（比如除0操作）；

SIGKILL：殺死進(jìn)程（不能被捕捉和忽略）；

信號量

想必大家都聽過信號量，信號量就是一個特殊的變量，程序?qū)ζ湓L問都是原子操作，每個信號量開始都有個初始值。最簡單最常見的信號量是只能取0和1的變量，也叫二值信號量。

信號量有兩個操作，P和V：

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

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

Q 信號量和信號有什么關(guān)系？ A

沒有任何關(guān)系，完全是不同的東西。

Q 信號量與互斥量有什么區(qū)別？ A

互斥量用于互斥，信號量用于同步，互斥指的是某一資源同一時間只允許一個訪問者訪問，但無法限制訪問順序，訪問是無序的，而同步在互斥的基礎(chǔ)上可以控制訪問者對資源的順序。

套接字：就是網(wǎng)絡(luò)傳輸，不用多說，網(wǎng)絡(luò)通信都可以多機(jī)通信呢，更不用說進(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，多個進(jìn)程可以操作同一個文件，所以也可以通過文件來進(jìn)行進(jìn)程間通信。 關(guān)于進(jìn)程和線程的知識點介紹就到這里，程序喵為了寫本文花費了半月以上時間，相信你弄懂這19個問題，面試不用愁！

原文標(biāo)題：進(jìn)程和線程常見的19個問題

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