C++面试总结之操作系统（一）：进程与线程

同步机制：

进程的同步：信号量、管程、互斥

线程的同步：信号量、互斥量、消息、条件变量

通信机制：

进程的通信：管道、FIFO、消息队列、信号量、共享内存、SOCKET

1.进程和线程的基本概念

（1）进程(process)：

狭义定义：进程就是一段程序的执行过程。

广义定义：进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单元。

1）进程是一个实体，每个进程都有自己的地址空间，一般情况下，包含文本区域、数据区域、堆栈

2）进程是执行中的程序，程序是一个没有生命的实体，只有处理器赋予程序生命时，他才能成为一个活动的实体，我们称之为进程

3）进程本身不会运行，是线程的容器。线程不能单独执行，必须组成进程

（2）进程状态：

1）就绪：获取出CPU外的所有资源、只要处理器分配资源就可以马上执行

2）运行：获得处理器分配的资源，程序开始执行

3）阻塞：当程序条件不够的时候，需要等待提交满足的时候才能执行。

（3）线程：

线程是进程的实体，是CPU调度和分派的基本单元。

1）在一个进程内部，要同时干多件事情，就需要同时运行多个子任务，我们把进程内的这些子任务叫做线程

2）多线程就是为了同步完成多项任务(在单个程序中同时运行多个线程完成不同的任务和工作)，不是为了提高运行效率，而是为了提高资源使用效率来提高系统的效率 

3）线程是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由当前的线程ID、当前指令指针、寄存器和堆栈组成 

（4）线程状态：

1）就绪：指线程具备运行的所有条件，逻辑上可以运行，在等待处理机 

2）运行：指线程占用处理机正在运行 

3）阻塞：线程在等待一个事件，逻辑上不可执行 

（5）如果我们要同时执行多个任务怎么办？ 

1）启动多个进程，每个进程虽然只有一个线程，但是多个进程可以一块执行多个任务 

2）启动一个进程，在一个进程内启动多个线程，这样多个线程也可以一块执行多个任务 

2.线程同步的方法（4种）

线程同步是指线程之间的一种制约关系，一个线程的执行依赖另一个线程的消息，当它没有得到另一个线程的消息时应等待，直到消息到达时才被唤醒。

线程互斥是指对于共享的操作系统资源（譬如全局变量就是一种共享资源），在各线程访问时的排它性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其它要使用该资源的线程必须等待，直到占用资源者释放该资源。

线程互斥是一种特殊的线程同步。实际上，互斥和同步对应着线程间通信发生的两种情况：

(1)当有多个线程访问共享资源而不使资源被破坏时；

(2)当一个线程需要将某个任务已经完成的情况通知另外一个或多个线程时。

（1）互斥锁：

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。互斥对象和临界区对象非常相似，只是其允许在进程间使用，而临界区只限制与同一进程的各个线程之间使用。

A. 初始化互斥量

互斥量是一个pthread_mutex_t类型的变量，有两种初始化方法：

a. 用宏常量初始化：

pthread_mutex_t mtx = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

b. 用函数初始化：

#include <pthread.h>
int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *restrict mutex, const pthread_mutexattr_t *restrict attr);

mutex：互斥量结构指针
attr：互斥量的属性结构指针

B. 设置互斥量属性

#include <pthread.h>
int pthread_mutexattr_settype(pthread_mutexattr_t *attr, int type);

attr：互斥量的属性结构指针
type：PTHREAD_MUTEX_NORMAL(默认属性)，PTHREAD_MUTEX_ERRORCHECK(会进行错误检查，速度比较慢)，PTHREAD_MUTEX_RECURSIVE(递归锁)。
THREAD_MUTEX_ADAPTIVE_NP(适应锁，仅等待解锁后重新竞争)

对于递归锁，同一个线程对一个递归锁加锁多次，会有一个锁计数器，解锁的时候也需要解锁这个次数才能释放该互斥量。

C. 加锁与解锁

#include <pthread.