操作系统笔记、面试八股（一）—— 进程、线程、协程

1. 进程、线程、协程

1.1 进程

进程是操作系统进程资源分配的基本单位。

进程控制块（PCB，Process Control Block）描述进程的基本信息和运行状态。创建进程和撤销进程都是对PCB的操作。

1.1.1 进程间的通信方式

进程通信是指进程之间传输信息。

1. 管道
   • 匿名管道。只能用于具有亲缘关系的父子进程之间或者兄弟进程之间的通信。
   • 有名管道。以磁盘文件的方式存在，可以实现本机任意两个进程之间的通信。
2. 消息队列。存在拷贝开销的问题
3. 共享内存。存在多进程竞争内存的问题，需要依靠某种同步操作，如互斥锁和信号量等。
4. 信号量。PV操作维护一个计数器，主要用于解决与同步相关的问题并避免竞争条件。
5. 信号
6. Socket套接字。主要用于在客户端和服务器之间通过网络进行通信。

1.1.2 进程同步方式

进程同步是控制多个进程按照一定的顺序执行。

1. 临界区
2. 同步与互斥
3. 信号量
4. 管程

1.1.3 进程的调度算法

进程调度，是为了实现最大CPU利用率。不同环境下的调度算法目标不同。

1. 批处理系统

   批处理系统没有太多的用户操作，调度算法应保证吞吐量和周转时间（从提交到终止的时间）。

   1. 先到先服务（FCFS，First-come-first-served）调度算法

      FCFS是非抢占式的调度算法，按照请求的顺序进行调度。

      FCFS有利于长作业，不利于短作业。因为短作业必须一直等待前面的长作业执行完毕后才能执行，而长作业的执行又需要很长时间，造成了短作业等待时间过长。

   2. 短作业优先（SJF，shorted job first）调度算法

      SJF也是非抢占式的调度算法，按照估计运行时间最短的顺序进行调度。

      长作业有可能会饿死，处于一直等待短作业执行完毕的状态。因为如果一直有短作业的到来，长作业则一直无法得到调度。

   3. 最短剩余时间优先（SRTN，shortest remaining time next）

      SRTN是SJF是抢占式版本，按照剩余时间运行时间的顺序进行调度。当一个新的作业到达时，其整个运行时间与当前进程的剩余时间作比较。如果新的进程需要的时间更少，则挂起当前进程，运行新的进程。否则，新的进程等待。

2. 交互式系统

   交互式系统有大量的用户交互操作，调度算法的目标是快速地进行响应。

   1. 时间片轮转（RR，Round robin）调度算法

      将所有就绪态进程按照FCFS先到先服务原则排成一个队列，每次调度时，把CPU时间片分配给队首进程，该进程可以执行一个时间片。当时间片用完时，由计时器发出时钟中断，调度程序便停止该进程的执行，并将它送往就绪队列的末尾，同时继续把CPU时间片分配给队首的进程。

      时间片轮转的效率和时间片的大小有关。因为进程切换要保存当前进程的信息，并且载入新进程的信息。如果时间片太小，会导致进程切换的很频繁，在进程切换上会花过多时间。而时间片过长，可能实时性无法保证。

   2. 优先级调度算法

      为每个进程分配优先级，按优先级顺序从高到低进行调度。具有相同优先级的进程以FCFS先到先服务的方式进行调度。

      优先级的确定可以依据时间要求、内存要求或任何其他资源要求。

      同时，为了防止低优先级的进程永远得不到调度，可以随着时间的推移增加等待进程的优先级。

   3. 多级反馈队列调度算法

      一个进