猫猫的小茶馆

生产者与消费者问题是经典的多线程同步问题，通常用于描述两个进程之间共享资源的协作。在 Linux 文件 I/O 中，我们这里使用来实现生产者与消费者模型。有名管道是一个特殊的文件，（非亲缘进程）。

线程是操作系统与多线程编程的基础知识。系统为每个用户进程创建一个来描述该进程：该结构体中包含了一个指针指向该进程的虚拟地址空间映射表：实际上和地址空间映射表一起用来表示一个进程。由于进程的地址空间是私有的，因此在进程间上下文切换时，系统开销比较大，因此，为了提高系统的性能，许多操作系统规范里引入了轻量级进程的概念，也被称为线程。在同一个进程中创建的线程共享该进程的地址空间，Linux里同样用来描述一个线程。线程和进程都参与统一的调度。接下来我们会详细的介绍线程共享资源和私有资源，还有线程库如。

消息队列是先进先出的队列，实际中消息队列允许根据消息类型进行读取，不完全是FIFO。消息的格式为：消息类型加消息正文 ——> 例如，在C语言中如何使用struct来定义消息，其中必须包含一个长整型的消息类型字段，然后是消息正文。因此，消息队列并不是严格的FIFO，但默认情况下可能是按发送顺序接收的，除非指定了不同的消息类型优先级。消息队列的优点在于可以异步通信，数据有结构，缺点是需要内核操作，效率不如共享内存，且存在系统限制（如最大消息数、消息大小限制）。，即使进程结束，消息队列仍然存在，除非显式删除；

信号量不传输数据，只用于同步，它的用途是协调进程，而不是传递信息。所以代码中要时刻留意信号量的初始化和释放，需要正确管理信号量，避免资源泄漏。信号量是 System V IPC 中实现进程同步的核心工具，通过 PV 操作和计数器机制协调多进程对共享资源的访问。涉及对信号量的底层实现，以及信号量集如何在内核中管理。理解内核中信号量的工作原理是非常必要的环节。IPC创建的是信号灯集：System V IPC中的信号量不是单个而是以集合的形式存在。下面的代码中会创建信号量集，并初始化其中的信号量。

并且，共享内存的生命周期独立于进程，需要显式删除，否则会一直存在，可能导致资源泄漏 ——> 同步机制与异步机制不同，在使用共享内存的过程中尤其需要注意这一点，比如需要使用信号量或互斥锁来避免数据不一致。共享内存的读操作通常不会阻塞，因为数据一旦写入就存在，但如果没有同步机制，读进程可能读到不完整的数据，或者写进程覆盖数据导致问题。的作用只是将内存区域置零，但共享内存本身仍然存在。阻塞的原因则是因为进程在读取时没有数据可读，但共享内存本身并不管理数据的可用性，需要额外的同步机制，比如信号量，来协调读写操作。

/ 注册 SIGUSR1 的处理函数// 阻塞等待信号pause();// 暂停进程，直到收到信号return 0;# 编译运行# 输出 PID 后，在另一个终端发送信号：五. 信号的优缺点与适用场景用户触发中断如Ctrl+C发送SIGINT终止前台进程，Ctrl+Z发送SIGTSTP暂停进程。内核异常处理内存错误（SIGSEGV）、算术错误（SIGFPE）、非法指令（SIGILL）等异常事件。进程间通信通过kill()系统调用发送SIGUSR1SIGUSR2触发自定义逻辑。

有名管道（FIFO）和无名管道的主要区别：无名管道只能用于有亲缘关系的进程，而有名管道（FIFO）通过文件系统中的命名文件实现，允许无关进程通信（非亲缘进程间的 通信）。这篇文章是解释有名管道FIFO的底层原理：包括内核如何管理FIFO的缓冲区、读写机制以及文件系统的交互形式。附上代码：包括FIFO文件的创建过程，比如使用mkfifo函数或命令，以及它在文件系统中的表现。此外，内核如何维护FIFO的缓冲区，处理阻塞和非阻塞模式，以及数据原子性等问题都需要详细说明。

无名管道主要用于具有亲缘关系的进程间通信，比如父子进程，它通过文件描述符进行读写，是一种半双工的通信方式（即数据只能单向流动）。无名管道在内核中的实现机制涉及到内核中的数据结构，比如管道缓冲区。当调用pipe()函数时，内核会创建一个管道，并返回两个文件描述符，一个用于读，一个用于写。这两个描述符指向同一个管道对象，其中包含一个环形缓冲区，用于存储数据。当写端向管道写入数据时，数据被复制到内核缓冲区；读端从缓冲区读取数据时，数据被复制到用户空间。如果缓冲区满，写操作会阻塞；如果缓冲区空，读操作也会阻塞。

这篇文章详细解释进程间通信（IPC）的各种方式，包括早期的方法、System V的机制以及现代的套接字。早期的是。System V的包括。现在主要使用，特别是网络编程中的应用，套接字实现了不同主机之间的通信，是现在最常用的主流通信方式。

这篇文章用于解释这样一件事：dup函数 将文件重定向之后，两个文件描述符指向同一个文件，剩下的那个文件依旧存在，但那个文件没有文件描述符指向它↓在 Linux 系统中，或函数用于复制文件描述符。当使用或进行文件描述符重定向时，会出现两个文件描述符指向同一个文件的情况。如上图所示。

如何编写一个守护进程。我们首先需要理解守护进程是什么。守护进程是在后台运行的进程，通常没有控制终端，用于执行系统任务，比如服务器或者定时任务。 用户可能想创建一个长期运行的服务，比如Web服务器或者日志监控程序。首先，守护进程的创建通常包括几个步骤：fork子进程，让父进程退出，这样终端会认为命令执行完毕，子进程继续运行。然后调用setsid创建新的会话，脱离终端。接着改变工作目录到根目录，避免占用可卸载的文件系统。还要设置文件创建掩码，通常是0，以拥有更大的灵活性。关闭不需要的文件描述符，比如标准输入、输

原理：屏障是一种同步机制，用于使一组线程在某个点上等待，直到所有线程都到达该点后再继续执行。合理设计临界区不仅能提高程序的正确性和可靠性，还能提升性能，避免常见的并发问题。临界区是并发编程中的核心概念，用于保护共享资源的安全访问。原理：互斥锁是一种二值锁（0 或 1），用来确保只有一个线程能够访问临界区。原理：原子操作是一种不可分割的操作，能够在硬件层面实现对共享变量的安全访问。原理：线程在等待锁时会不停地检查锁的状态，而不是进入休眠。原理：信号量是一个计数器，用于控制线程对共享资源的访问。

进程是程序的一次执行过程，进程是一个独立的可调度的任务，进程是资源管理的最小单位，线程是CPU调度的最小单位。

在操作系统中，进程的生命周期可以形象地比喻为“生老病死”，即进程的创建、运行、异常以及终止。进程的生命周期贯穿了创建、运行、异常和终止的全过程，理解这些状态有助于开发者更好地管理和调试程序。进程的“出生”是指操作系统创建一个新的进程。进程创建通常是通过系统调用（如Linux中的。进程的老：进程任务状态的切换—>允许我们在一个进程中去执行另一个进程的任务。，是进程生命周期的自然结束。进程的退出通常是通过调用。函数后，当前进程的地址空间会被新程序的代码完全覆盖。，替换掉当前进程的内容，而。

在操作系统中，进程是执行中的程序实例。这些状态帮助操作系统更加高效地管理 CPU 和系统资源。

前端进程和后端进程经常需要通信以完成用户请求、数据处理等任务，通信方式因场景和系统架构而异。通信方式适用场景特点进程间通信（IPC）同一台机器上的前端进程与后端进程通信。适用于本地通信，效率高。网络通信（Socket）前端进程与后端进程可能在同一台机器或不同机器上（如客户端与服务器）。适用于分布式系统，支持跨网络通信。消息队列（Message Queue）前端和后端通过队列交换数据，适合解耦通信和异步处理场景。适用于需要异步通信或高并发的数据传递场景。文件系统。

在操作系统中，fork()和vfork()是两种用于创建子进程的系统调用。虽然它们的目的都是创建一个新的子进程，但在实现和行为上有显著差别。

在操作系统中，进程之间有着复杂的关系，特别是父子进程、亲缘进程、孤儿进程等，它们的管理涉及到系统资源的分配和回收。父进程通过系统调用（如 ）来创建子进程。子进程会继承父进程的大部分属性（例如文件描述符、环境变量等）。父进程和子进程可以独立运行，但通过进程间通信（IPC）可以协作。假设有两个进程：进程 1 创建了 进程 2，那么：进程 1 是 父进程；进程 2 是 子进程。2. 亲缘进程亲缘进程是指具有相同父进程的多个进程；如果两个进程有相同的父进程，则它们是彼此的“兄弟进程”。虽然兄弟进程之间没有直

PID（Process Identifier，进程标识符）是操作系统为每个进程分配的一个唯一标识，用于标识系统中的每个进程。PID 是一个非负整数，通常从 1 开始分配；每个运行中的进程都有一个唯一的 PID，通过 PID，操作系统可以区分不同的进程并对它们进行管理。简单点理解为操作系统为进程分配的身份证号。

进程调度是操作系统中管理多任务并发执行的核心功能，在调度的过程中，需要解决以下问题：进程互斥、进程同步、临界资源访问，以及针对死锁的处理。

进程控制块（PCB） 是操作系统中用来描述和管理进程的重要数据结构。每个进程在创建时，操作系统都会为其分配一个 PCB，PCB 中保存了该进程的所有重要信息，包括进程的状态、资源使用情况以及与其他进程的关系。PCB 是操作系统管理进程的核心数据结构，每个进程都有一个唯一的 PCB。进程控制块 的主要作用是维护进程的状态和信息，以便操作系统能够高效地管理和调度进程。 作用有很多，包括：PCB 是一个复杂的数据结构，通常包含以下几类信息：在 Linux 操作系统中，进程控制块（PCB）被定义为一个结构体，称为

程序是一个静态实体，表示一组写好的指令和数据的集合，一般存储在磁盘上（如.exe.out文件）。程序本身不占用运行时的系统资源（如 CPU、内存等），它是一个静态文件，它仅包含代码和数据的固定内容，表示完成某种任务的一组指令集合。静态性：程序只是存储在磁盘中的文件，不会动态变化（程序是静态的文件，不占用运行时资源无运行环境：程序没有运行时需要的栈、堆、寄存器等概念（程序没有运行时动态分配的内存（如堆和栈））。程序本身不包含对操作系统资源（如 CPU、内存）的使用能力。