【面试】多线程、多进程的常考点

1、进程的概念及优点

进程（Process）是系统资源调度和分配的基本单位，实现了操作系统的并发，进程是线程的容器，程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体，程序一旦跑起来就是进程，不跑起来就只是程序，程序是没有生命周期的，线程和进程是有生命周期的，每个进程的内存是相互独立的。

进程的优点：

1. 利于资源的管理和保护
2. 可靠且安全，但效率不高

线程（Thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务，但是共享同一地址空间，也就是同样的动态内存(堆)，映射文件，目标代码等等，打开的文件队列和其它内核的资源。

线程的优点：

1. 易于调度
2. 能够并发性。进程可以创建多个线程来并发执行程序的不同部分。
3. 开销少。创建线程要比创建进程快很多，所需开销很小。
4. 利于发挥多处理机的性能。多个线程能分别单独在不同的处理器上运行，实现并发性。

2、进程的基本状态及状态之间的关系

• 状态有运行态、阻塞态、就绪态

• 状态之间的转换: 准备就绪的进程，被CPU调度执行，变成运行态；

• 运行中的进程，进行I/O请求或者不能得到请求的资源，变成阻塞态；

• 运行中的进程，进程执行完毕（或者是时间片已到），变成就绪态；

3、进程和线程的区别

1. 一个线程只能属于一个进程，但是一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。线程依赖于进程而存在。
2. 进程是操作系统分配资源的基本单位，但是同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。同一进程中的多个线程共享代码段（代码和常量），数据段（全局变量和静态变量），扩展段（堆存储）。但每个线程拥有自己的栈段，栈段又叫运行时段，用来存储所有的局部变量和临时变量。
3. 处理机分给线程，及真正运行在处理机上的是线程，而不是进程。
4. 线程在执行过程中需要协作同步。不同进程的线程间需要利用消息通信的办法实现同步。线程是指进程内的一个执行单元，也是进程内的可调度实体。
5. 系统开销：由于创建或撤销进程时，操作系统需要为之分配或回收资源。所以操作系统创建进程的开销将远大于创建线程的开销。进程切换的开销也远大于线程切换的开销。
6. 进程间不会相互影响，但是线程间，如果有一个线程挂掉，那么整个进程就都会挂掉。
7. 进程适应于多核，多机分布；线程适合于多核。

4、进程间通信的方式

进程间通信主要包括：管道、系统IPC(包括消息队列、信号量、信号、共享内存等)、以及套接字socket。

1. 管道：
   管道包括有名管道和无名管道，管道可用于具有亲缘关系的进程间进行通信，有名管道则可以对没有亲缘关系间的进程进行通信。
   无名管道是半双工的，具有固定的读端和写端。
   它只能用于具有亲缘关系间的进程之间进行通信（也是父子进程或者兄弟进程之间）
2. 系统IPC：
   消息队列：
   是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符来标记，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特点，具有写权限的进程可以按照一定的规则向消息队列中添加新信息，对消息队列有读权限的进程则可以从消息队列中读取信息。
   信号量：
   信号量与已经介绍过的IPC结构不同，它是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。信号量用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于存储进程间的通信数据。
   信号：
   信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。
   共享内存：
   它使得多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据的更新。这种方式需要依靠某种同步操作，如互斥锁和信号量等。
   特点：
   共享内存是最快的一种IPC，因为进程是直接对内存进行存取
   因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步。
   信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。
   套接字SOCKET：
   socket也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同主机之间的进程通信。

5、线程间通信的方式

临界区：通过多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问

互斥量：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。

信号量：为控制具有有限数量的用户资源而设计，它允许多个线程在同一时刻去访问同一资源，但一般需要限制同一时刻访问资源的最大线程数。

事件（信号）：通过通知方式来保证多线程同步，还可以方便的实现多线程优先级的比较操作。