操作系统
    进程

    进程

    进程是正在运行的程序实例，包括程序计数器，寄存器和变量当前值

    进程的内部

    虚拟地址空间+至少一个控制线程 空间的分段： r-x是程序段，r是定义的常量，rw是定义的变量存放的段 rw其中又可以分为栈堆空间，malloc 的内存也是放在这里

    线程

    线程是CPU被调度执行的实体，线程中有程序计数器，拥有寄存器，有自己的堆栈。进程只是用于把资源集中在一起。多个进程共享物理内存，磁盘等资源，多个线程共享同一个地址空间和其他资源

    线程仅仅被视为一个与其他进程共享某些资源的进程，而是否共享地址空间几乎是进程和 Linux 中所谓线程的唯一区别

    多个子进程与多线程的区别：多线程之间拥有相同的地址空间，可以相互访问没有保护。多进程有各自的地址空间

    用户级线程

    需要有统一的运行时用专门的线程表来管理每个线程，与内核记录进程的表差不多

    进程的生命周期

    创建：通过系统调用或者系统初始化的时候 守护进程：在后台处理活动的进程 终止条件：正常退出，出错退出，严重错误，被杀死 状态：运行，阻塞，就绪

    进程的管理

    操作系统会维护一个结构体数组叫进程表，每一个项叫做进程控制块，里面保存了进程暂停和恢复或需要的状态信息，假如发生中断（例如IO），那么中断硬件会将程序计数器，状态字还有一个或多个寄存器压入堆栈，然后交给中断服务例程处理剩下工作，寄存器会被优先保存，然后堆栈指针会指向一个临时的空间供例程使用，结束后会运行调度程序，由调度程序决定从就绪队列中选择进程来执行

    进程的系统调用

    fork()

    fork 复制了什么？ 调用线程，进程的地址空间，进程的文件描述符表，数据段和代码段 采用写时复制技术，物理上还是映射到父的物理空间 没有复制的：文件句柄 因此 fork 之后的子进程和父进程的符表指向相同的文件句柄 返回值 0 – 子进程 返回值 PID – 父进程 复制之后，父子之间只共享句柄

    vfork()

    vfork设计用以子进程创建后立即执行execve系统调用加载新程序的情形。在子进程退出或开始新程序之前，内核保证了父进程处于阻塞状态（处于挂起的状态），保证了子进程优先执行 vfork 创建出来的子进程共享了父进程的所有内存以及数据段，可以用来减少 fork 中不必要的拷贝

    clone()

    可以将资源有选择的复制给子进程，没有复制的数据结构通过指针的复制共享。一般用作参数传递来创建线程

    僵尸进程

    一个进程使用fork创建子进程，如果子进程退出，而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中

    内核在进程退出的时候会对其资源进行释放，并保留一些信息，直到父进程来取这些信息的时候才会开始释放

    如何防止堆积的僵尸进程占用过多的系统资源呢？

    1. 当子进程调用 exit() 的时候，父进程会收到 SIGCHILD 信号提示可以使用 wait() 来检索子进程的错误码
    2. 循环调用 waitpid() 来等待所有的退出子进程，通常不会使调用者陷入阻塞，而 wait () 如果没有找到退出的进程，就会使调用者进入阻塞状态
    3. 干掉父亲，让 init 1 号进程来处理

    孤儿进程

    一个父进程退出，而它的一个或多个子进程还在运行，那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养，并由 init 进程通过 wait 对它们完成状态收集工作，因此孤儿进程不会有什么危害

    进程间通信

    1. 管道pipe：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系，实质是内核缓冲区
    2. 命名管道FIFO：有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信，磁盘上有 inode 无数据块
    3. 消息队列MessageQueue：消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点，可以自定义指定接收特定的消息类型
    4. 共享存储SharedMemory：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。 实现：
      • mmap 映射同一个普通文件，文件就变成了内存，不需要进行文件操作来传递数据
      • UNIX system V 通过映射一个特殊文件系统，通过标准 key 取获取共享内存 ID，根据 ID 映射共享内存
    5. 信号量Semaphore：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
    6. 套接字Socket：套解口也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。
    7. 信号 ( signal )：信号是一种比较复杂的通信方式，是进程间通信机制中唯一的异步通信机制。用于通知接收进程某个事件已经发生

    机器级的原子指令： TSL（Test and Set Lock）执行此指令的 CPU 会锁住内存总线，禁止其他CPU在指令结束前访问内存，离开的进程重新 mov 赋值即可释放锁 XCHG 然后 CMP CAS操作实现使用 CMPXCHG 汇编指令 都有忙等待的缺点，可以使用 sleep 和 wakeup 系统调用阻塞挂起和唤醒进程 使用信号量进行同步，P信号量-1，V信号量+1

    条件变量：pthread_cond_wait，pthread_cond_signal，常用于线程的相互等待，比如在生产者消费者问题中，wait 直到有其他的线程给其发信号，有多个线程等待用一个信号的时候可以使用 pthread_cond_broadcast 条件变量常常与互斥量一同使用，这种模式让一个线程锁住一个互斥量，没有得到期望的结果时等待一个条件变量，这使得阻塞可以变成原子操作。 如果没有进程在等待条件变量，那么signal 信号会永远消失，因此 wait 必须在 signal 前

    管程：高级同步原语，任意时刻管程中只能有一个活跃进程，互斥由编译器完成（go中直接由通道数据结构负责），如果管程中有其他进程，调用进程会被挂起。假如缓冲区满了，可以配合条件变量进行阻塞，消费者可以通过对其伙伴等待的条件变量执行 signal

    屏障：用来同步进程组，除非所有进程就绪准备着手下一个阶段，否则任何进程都不能进入下一个阶段

    管道：日常在终端执行shell命令时，会大量用到管道。但管道的缺陷在于只能在有亲缘关系（有共同的祖先）的进程之间使用，反正只要共同的祖先调用了pipe函数，打开的管道文件就会在fork之后，被各个后代所共享

    重定向：通过 dup2 将文件描述符进行替换，比如 dup(4, 1) 就是将 fd4 的描述符指向的文件作为 fd1 的指向，往 fd1 写的时候，调用者不会知道具体的目标文件是什么

    死锁

    条件：

    1. 资源互斥
    2. 占有和等待
    3. 不可抢占
    4. 环路等待

    检测：资源分配图包含一个或一个以上的环；向量比较 恢复：

    1. 利用抢占恢复
    2. 回滚恢复：设置检查点
    3. 杀死进程

    避免：资源轨迹图

    进程的调度时机

    1. 进程的创建与退出
    2. 进程阻塞在IO或者信号量或其他原因阻塞时
    3. IO中断发生时

    调度算法

    先来先服务，最短作业优先，最短剩余时间（抢占），轮转，优先级

    线程调度：

    1. 用户级线程：切换开销小，内核不可知
    2. 内核级线程：切换开销大，不会因为线程阻塞IO导致整个进程被挂起

    Linux调度算法：动态优先级，奖励互动进程，惩罚占用CPU的进程

    linux内核内存管理