【操作系统】进程、线程、并发、高并发

进程和线程

来源：良许Linux

进程 (Process) 与线程 (Thread) 都是计算机操作系统中的基本概念，在进程和线程之上有程序。

In Computing, a process is the instance of a computer program that is being executed by one or many threads.
程序是静态的，而进程是动态的，程序是作为进程运行的载体，进程会在某一时刻消亡。
程序可以包含多个进程，多个进程并发执行，相互独立，因此，进程也是系统进行资源分配和调度的基本单位。
进程和线程是包含关系，一个进程中至少有一个线程，或者多个线程，一个线程只能属于一个进程。

进程中的所有线程共享该进程的所有资源，比如内存空间，每个线程都可以使用这个内存空间。

Mutual exclusion (互斥锁)

有时候某些资源只能同一时间被一个线程使用，这个时候就要用到互斥锁。

Semaphor (信号量)

有时候进程中的某些资源只能被指定数目的线程同时使用，比如资源A的信号量为N，表示同时最多能有N个线程使用A，其他线程必须等某个线程使用完A释放出新的名额才能使用A。

为什么需要多线程呢？

每个进程都有自己独有的代码和数据空间（程序的上下文），进程的切换消耗要大于线程的切换消耗。线程可以看作是轻量级的进程，每个线程也有自己的「运行栈」，「程序计数器（PC）」和「线程的本地存储」，所以有时候用多线程代替多进程会节省很多开销。

进程线程的状态：

进程包含五个状态：
 初始态，执行态，等待状态，就绪状态和终止状态。
线程也包含五个状态：
 新建(New)、可运行(Runnable)、运行(Running)、阻塞(Blocked)、死亡(Dead)。

进程以及线程之间的交互：

进程之间的通信包括：管道，系统IPC (包括消息队列、信号量、共享存储)，SOCKET。
管道有三种方式：

1. 「普通管道」PIPE
2. 「流管道」s_pipe
3. 「命名管道」name_pipe

线程之间的通信在JMM(Jave Memory Model)中是通过共享内存来实现的。为了保证多线程之间的数据的一致性，可以使用锁机制，实现线程之间的操作的同步、有序，例如「synchronized锁、Lock锁、Atomic原子类」。

并发 (Concurrency)

来源：知乎@大宽宽

Concurrency is not Parallelism.

并发其实是一种抽象概念，「并发」和「并行」不是一回事。「并发」说的是**处理(Deal)的方法，而「并行」说的是执行(Execution)**的方法。

Concurrency enables parallelism & makes parallelism easy.

制定一个并发的方法让并行变为可能，如果一件事根本没有并发的方法，那么无论有多少个人都没法做到并行，比如拧灯泡只能一个人拧，再多的人也只能看着。并行的上限就是由并发决定的，如果程序被设计成最多用到4个CPU并发，那么这个程序放在4个CPU和8个GPU的机器里运行是没有区别的，但是它在4个CPU上运行肯定比在单核CPU上运行要快。
并发本身就没有先后顺序，并发的任务之间不能有依赖关系，即A可以在B之前或者之后或者同时执行，不影响结果。

将大的任务拆解成许许多多小的可以并发的任务是重要的编程思想。

比如要实现一个获取用户信息的程序，首先根据登陆的token获取userId，然后用这个userId来分别去并发地做三个任务：获取用户基本信息、获取用户积分信息、获取用户订单信息，然后将三个结果结合来得到最终的用户信息。

高并发

高并发是指可以让软件系统在一段时间内能够处理大量的请求，高并发说的是最终效果，即只要你能用一个CPU核心完成处理请求的要求，那么也算是高并发。