操作系统

进程和线程

• 进程是一个程序的实例
• 线程是轻量级进程，一个进程可以包含多个线程，同一个进程的所有线程可以共享进程的资源（内存空间、文件句柄、网络连接等），每个线程也拥有自己的资源（程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈）
• 线程执行开销小，不利于资源的管理和保护，进程相反

线程间同步方式

1. 互斥锁
2. 读写锁
3. 信号量
4. 屏障
5. 事件：wait/notify

进程的状态

• 创建状态：进程刚被创建，还未就绪
• 就绪状态：进程处于可以运行并准备运行的状态
• 运行状态：进程在就绪状态时被分配到cpu就会在cpu上运行，即为运行状态
• 阻塞状态：进程因等待别的资源或IO操作而暂停运行
• 结束状态：进程从系统中消失

进程间通信方式

1. 管道/匿名管道：父子进程间或兄弟进程间的通信
2. 有名管道：匿名管道由于没有名字，只能用于亲缘关系的进程间通信。为了克服这个缺点，提出了有名管道。有名管道严格遵循 先进先出(First In First Out) 。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通信。
3. 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
4. 消息队列：消息队列是消息的链表,具有特定的格式,存放在内存中并由消息队列标识符标识。管道和消息队列的通信数据都是先进先出的原则。与管道（无名管道：只存在于内存中的文件；命名管道：存在于实际的磁盘介质或者文件系统）不同的是消息队列存放在内核中，只有在内核重启(即，操作系统重启)或者显式地删除一个消息队列时，该消息队列才会被真正的删除。消息队列可以实现消息的随机查询,消息不一定要以先进先出的次序读取,也可以按消息的类型读取.比 FIFO 更有优势。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字 节流以及缓冲区大小受限等缺点。
5. 信号量：信号量是一个计数器，用于多进程对共享数据的访问，信号量的意图在于进程间同步。这种通信方式主要用于解决与同步相关的问题并避免竞争条件。
6. 共享内存
7. 套接字

僵尸进程和孤儿进程

• 僵尸进程：子进程已经终止，但是其父进程仍在运行，且父进程没有调用 wait()或 waitpid()等系统调用来获取子进程的状态信息，释放子进程占用的资源，导致子进程的 PCB 依然存在于系统中，但无法被进一步使用。这种情况下，子进程被称为“僵尸进程”。避免僵尸进程的产生，父进程需要及时调用 wait()或 waitpid()系统调用来回收子进程。
• 孤儿进程：一个进程的父进程已经终止或者不存在，但是该进程仍在运行。这种情况下，该进程就是孤儿进程。孤儿进程通常是由于父进程意外终止或未及时调用 wait()或 waitpid()等系统调用来回收子进程导致的。为了避免孤儿进程占用系统资源，操作系统会将孤儿进程的父进程设置为 init 进程（进程号为 1），由 init 进程来回收孤儿进程的资源。

死锁

• 死锁：多个进程或线程同时阻塞，都在等待资源释放。由于进程/线程被无限阻塞，因此程序不可能正常终止。

死锁的必要条件

1. 互斥：资源不能被共享，同一时间只能有一个进程或线程使用。
2. 非抢占：资源不能被抢占，当前正在使用的进程或线程用完后才会被释放。
3. 占有并等待
4. 循环等待

如何解决死锁

从四个条件入手：

1. 解决互斥：使得资源可以同时被多个线程或进程使用，缺点是很多资源是必须独享的
2. 解决非抢占：采用剥夺式调度算法，缺点是会导致资源利用率下降。

这两种都不太适合

3. 解决占有并等待和循环等待：
   • 静态分配：让进程或线程执行前先获取到所有需要的资源，缺点是会降低资源利用率
   • 层次分配：
   • 使用算法（例如银行家算法）判断线程是否安全，若能够进入到安全的状态，则就 真的分配资源给该进程