深入理解计算机操作系统学习笔记、二

进程的定义

进程的经典定义定义是一个执行中的程序的实例。系统中的每一个程序都运行子啊一个进程的上下文中，上下文是有程序正确运行所需要的各种状态决定的，这个状态包括保存在内存中的代码和数据，通用寄存器中的内容，程序计数器，环境变量还有文件描述符。

每一次用户在shell里面输入一个程序的名字，运行程序的时候，shell就会创建一个进程，然后在这个进程的上下文中运行这个程序

进程和线程的区别

从拥有的资源来说：一个进程在执行过程中有独立的内存单元，所以一个进程崩溃之后，在保护模式下不会对其他进程有什么影响。线程是一个进程当中不同的执行路径，线程有自己的程序计数器、栈、和寄存器，但是没有单独的地址空间，如果一个线程死了，那么它的这个进程也死了。所以多进程的程序比多线程的程序健壮。不多多进程的程序缺点是进程之间相互切换消耗时间比较多。

从系统开销来说：进程和线程都是操作系统进行资源管理的方式，进程的每一次启动需要系统给它分配系统资源，对这个系统的压力较大，进程的系统开销比较大，线程是在进程内部的，开销比较小，线程只能属于一个进程并且访问这个进程的资源。线程的划分尺度比进程更细一些。 。

从系统的调度来说：进程是操作系统进行系统资源分配时候的基本单元，线程是CPU进行调度和分派的基本单元

进程间的通信方式

进程之间的通信的目的一般有三种：数据传输、消息通知和进程控制

• 数据传输：一个进程想要把数据发送给另一个进程，或者多个进程之间要相互传输数据。
• 消息通知：一个进程要向另一个进程或者几个进程发送消息，通知他们发生了什么事情。比如，子进程终止需要通知父进程
• 进程控制：有些进程想要完全控制另一个进程的执行，比如Debug进程想要控制有些进程的执行。

LInux进程间通信的方式有6类：

1. 管道pipe、流管道s_pipe和有名管道FIFO：
   • 匿名管道通信有两个限制，一个是半双工的通信，数据同一时间只能单向传输。二是只能在父进程和子进程之间使用
   • 有名管道，克服了匿名管道由于没名字只能亲缘关系的进程间通信的缺点。即使没有亲缘关系，进程之间也可以通过访问路径来相互通信。
   • 管道是特殊类型的文件，在满足先进先出的条件下就可以读写操作。有名管道是以磁盘文件的方式存在，能实现在本机上任意两个进程之间通信。
2. 信号（signal）：信号用于通知某个事件已经发生，主要用在进程之间同步或者同一个进程的多个线程之间同步。 信号事件的来源主要有两个：
   • 硬件来源：键盘上按ctrl + c退出，硬件异常比如无效的存储访问
   • 软件来源：比如调用kill函数
3. 消息队列：消息队列是消息链表存放在内核当中，一般情况下只有在操作系统重启的时候才会被真正的被删除。
4. 共享内存（shared memory）：
   • (Why)设计共享内存的目的就是解决其他线程间通信方式效率低的问题。
   • (What)共享内存就是内核专门留了一块内存区域，如果几个进程需要访问，就把它映射到自己的私有地址空间，这样进程就可以直接读写这块内存不需要进行数据的拷贝，能大幅度提升效率
   • (How)由于多个进程使用同一块内存，所以需要依靠某种同步机制（比如信号量）来实现进程间的同步和互斥
5. 信号量(semaphore)：
   • (Why)为了控制多线程对共享数据的访问，实现进程同步
   • (What)信号量是一个计数器，对访问某个数据的进程记录
   • (How)信号量智能进行两种操作：等待和发送。
6. 套接字（socket）：套接字的特点是可以进行不同机器之间的进程通信。套接字是不同的主机之间进行通信的端点，他是双方进行通信的一种约定，用套接字中的相关函数来完成通信过程。

线程间通信

线程间通信的目的主要是为了线程同步，主要方式有几种

1. 锁机制：包括互斥锁、条件变量、读写锁：互斥锁有排他性，防止数据被并发地修改。读写锁允许多个线程对共享数据同时读取，但是写操作是互斥的。
2. 信号量机制：包括无名线程信号量和命名线程信号量