進程線程協(xié)程區(qū)別

定義上

• 進程：資源分配和擁有的基本單位，是調(diào)度的基本單位。運行一個可執(zhí)行程序會創(chuàng)建一個或者多個進程；進程就是運行起來的程序
• 線程：程序執(zhí)行基本單位，輕量級進程。每個進程中都有唯一的主線程，主線程和進程是相互依賴的關(guān)系。
• 協(xié)程：用戶態(tài)的輕量級線程，線程內(nèi)部調(diào)度的基本單位

切換情況

• 進程：操作系統(tǒng)切換；從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)再到用戶態(tài)；進程CPU環(huán)境（棧（內(nèi)核棧）、寄存器、頁表和文件句柄等）保存；新調(diào)度的進程CPU環(huán)境設(shè)置
• 線程：操作系統(tǒng)切換；從用戶態(tài)到內(nèi)核態(tài)再到用戶態(tài)；保存和設(shè)置程序計數(shù)器、少量寄存器和棧（內(nèi)核棧）的內(nèi)容
• 協(xié)程：用戶切換；一直在用戶態(tài)；保存寄存器上下文和棧（用戶棧）

擁有資源

• 進程：CPU、內(nèi)存、文件和句柄
• 線程： 程序計數(shù)器、寄存器、狀態(tài)字、棧 （線程棧和棧指針）。

同一線程共享堆、全局變量、靜態(tài)變量、指針、引用、文件等，而獨自擁有棧。線程不擁有系統(tǒng)資源，但是一個進程的多個線程可以共享隸屬進程的資源。

• 協(xié)程：自己的寄存器上下文和棧

并發(fā)性

• 進程：不同進程實現(xiàn)并發(fā)，各自占有CPU實現(xiàn)并行
• 線程：一個進程內(nèi)部多個線程并發(fā)執(zhí)行（最好和CPU核數(shù)相等）
• 協(xié)程： 同一個時間只能執(zhí)行一個協(xié)程

系統(tǒng)開銷

• 進程：開銷很大，切換虛擬地址空間、內(nèi)核棧、硬件上下文，CPU高速緩存失效、頁表切換開銷都很大
• 線程：保存和設(shè)置少量寄存器內(nèi)容，開銷很小
• 協(xié)程：直接操作棧則基本沒有內(nèi)核切換的開銷，可以不加鎖地訪問全局變量，所以上下文切換非?？?/li>

通信

• 進程： 需要借助操作系統(tǒng)
• 線程：可以直接讀寫進程數(shù)據(jù)段（比如全局變量）來進行通信。
• 協(xié)程：共享內(nèi)存、消息隊列

使用以及開銷

• 線程使用有一定的難度，需要處理數(shù)據(jù)一致性 的問題
• 進程創(chuàng)建和銷毀需要重新分配、銷毀task_struct結(jié)構(gòu)；線程創(chuàng)建和銷毀只需要處理PC值、狀態(tài)碼、通用寄存器值、線程棧和棧指針即可。

• Linux內(nèi)核通過一個被稱為進程描述符的task_struct結(jié)構(gòu)體來管理進程，這個結(jié)構(gòu)體包含了一個進程所需的所有信息。這個結(jié)構(gòu)體存放在叫做任務(wù)列表的雙向循環(huán)鏈表中。系統(tǒng)中每一個進程/線程的PCB都是由這個雙向鏈表來管理的

一個進程可以創(chuàng)建多少個線程？

無用線程要及時銷毀，不然過多的線程將會導(dǎo)致大量的時間浪費在線程切換上，給程序運行效率帶來負(fù)面影響。
參考一個進程最多可以創(chuàng)建多少個線程？

這與兩個方面有關(guān)系：

• 進程的虛擬內(nèi)存空間上限：創(chuàng)建以個線程，操作系統(tǒng)就需要為其分配一個?？臻g，如果線程數(shù)量越多，所需要的?？臻g就越大，那么虛擬內(nèi)存就會占用的越多。
• 系統(tǒng)參數(shù)限制 ：雖然Linux沒有內(nèi)核參數(shù)來控制單個進程創(chuàng)建的最大線程個數(shù)，但是有系統(tǒng)級別的參數(shù)來控制整個系統(tǒng)的最大線程數(shù)。

32位

假設(shè)創(chuàng)建一個線程需要占用10M的虛擬內(nèi)內(nèi)存，總共有3G虛擬內(nèi)存可以使用，于是差不多可以創(chuàng)建300個左右的線程。如果想創(chuàng)建上千個線程，可以調(diào)整**創(chuàng)建線程時分配的?？臻g大小比如調(diào)整成512K。ulimit -s 512

64位

64位系統(tǒng)如果按照上面的方法來計算可以創(chuàng)建的線程數(shù)量，會發(fā)現(xiàn)可以創(chuàng)建一千多萬個線程，這明顯是不可能的，因為還有系統(tǒng)的限制。（還會有CPU瓶頸問題）
下面這三個參數(shù)都會影響線程創(chuàng)建的上限：

/proc/sys/kernel/threads-max，表示系統(tǒng)支持的最大線程數(shù)，默認(rèn)值是 14553；
/proc/sys/kernel/pid_max，表示系統(tǒng)全局的 PID 號數(shù)值的限制，每一個進程或線程都有 ID，ID 的值超過這個數(shù)，進程或線程就會創(chuàng)建失敗，默認(rèn)值是 32768；
/proc/sys/vm/max_map_count，表示限制一個進程可以擁有的VMA(虛擬內(nèi)存區(qū)域)的數(shù)量，具體什么意思我也沒搞清楚，反正如果它的值很小，也會導(dǎo)致創(chuàng)建線程失敗，默認(rèn)值是 65530。

多進程和多線程

多進程

每一個進程是資源分配的基本單位。

• 進程結(jié)構(gòu)由代碼段、堆棧段、數(shù)據(jù)段組成。代碼段是靜態(tài)的二進制代碼，多個程序可以共享。

父子進程

父進程創(chuàng)建子進程之后，除了pid之外幾乎全部都一樣。共享全部數(shù)據(jù)，但是子進程在讀寫數(shù)據(jù)的時候會通過寫時復(fù)制機制將公共數(shù)據(jù)重新拷貝一份，然后再拷貝的數(shù)據(jù)上進行操作
如果子進程想要運行自己的代碼段，可以通過調(diào)用execv()函數(shù)重新加載新的代碼段，然后就和父進程獨立開了。（在shell中執(zhí)行程序就是通過shell進程先fork一個子進程然后通過execv()重新加載新的代碼段的過程）

進程創(chuàng)建方式

整個Linux系統(tǒng)的所有進程也是一個樹形結(jié)構(gòu)，樹根是由系統(tǒng)自動構(gòu)造的，即在內(nèi)核態(tài)執(zhí)行的0號進程，它是所有進程的祖先。

第一種方式

參考Linux中的0號進程和1號進程
由0號進程創(chuàng)建1號進程（內(nèi)核態(tài)），1號負(fù)責(zé)執(zhí)行內(nèi)核部分初始化工作以及進行系統(tǒng)配置，并創(chuàng)建若干個用于高速緩存和虛擬主存管理的內(nèi)核線程，隨后1號調(diào)用execve()運行可執(zhí)行程序init，并演變成用戶態(tài)1號（init進程）。它按照配置文件/etc/initab的要求，完成系統(tǒng)啟動工作，創(chuàng)建編號為1號、2號的若干終端注冊進程Getty。每個Getty進程設(shè)置其進程標(biāo)識號，并監(jiān)視配置到系統(tǒng)終端 的接口線路，當(dāng)檢測到來自終端的連接信號時，getty進程通過函數(shù)evecve()執(zhí)行注冊程序login，此時用戶就可以輸入注冊名和密碼進入登錄過程，如果成功，由login程序再通過函數(shù)execv()執(zhí)行shell，該shell進程接收getty進程的pid，取代原來的getty進程。再由shell進程直接或者間接產(chǎn)生其他進程。

1號內(nèi)核進程調(diào)用執(zhí)行init并且演變成1號用戶態(tài)進程（init進程），這里前者是init是函數(shù)，后者是進程。
init()函數(shù)在內(nèi)核態(tài)運行，是內(nèi)核代碼；init()進程是內(nèi)核啟動并運行的第一個用戶進程，運行在用戶態(tài)下
1號進程調(diào)用execve()從文件/etc/inittab中加載可執(zhí)行程序init()并執(zhí)行，這個過程沒有調(diào)用do_fork()，因此兩個都是1號進程。

第二種方式

父進程創(chuàng)建

進程退出

正常退出

• exit()和__exit()，都會進行終止進程并做收尾工作，但是后者關(guān)閉全部描述符和清理函數(shù)之后不會刷新流，但是前者會在調(diào)用__exit()之前刷新數(shù)據(jù)流
• return：exit()是函數(shù)，有參數(shù)，執(zhí)行完之后控制權(quán)交給系統(tǒng)。return若是在調(diào)用函數(shù)中，執(zhí)行完之后控制權(quán)交給調(diào)用進程，若是在main函數(shù)中，控制權(quán)交給系統(tǒng)。

異常退出

abort()，終止信號

多線程

同一個進程內(nèi)部有多個線程，所有線程共享同一個進程的內(nèi)存空間，進程中定義的全局變量會被所有的線程共享，多個線程被CPU調(diào)度的順序是不可控的所以對臨界資源的訪問要注意安全。

做一次簡單的i=i+1在計算機中不是原子操作，涉及內(nèi)存取數(shù)、計算和寫入內(nèi)存幾個環(huán)節(jié)。而線程切換有可能發(fā)生在上述任何一個環(huán)節(jié)中間，所以不同操作順序有可能帶來意想不到的結(jié)果。

多線程的優(yōu)點

會使原先順序執(zhí)行的程序被拆分成幾個獨立的邏輯流，可以獨立完成一些任務(wù)

使用多線程應(yīng)該注意的問題

• 線程是否有先后訪問順序
• 多個線程共享訪問同一個變量（同步互斥問題）

每個線程是有自己獨立的?？臻g的，線程彼此之間是無法訪問其他線程棧上內(nèi)容的

什么時候使用多線程？什么時候使用多進程？

多線程

• 頻繁修改
• 需要大量計算，因為需要消耗大量CPU資源并且切換頻繁
• 任務(wù)間相關(guān)性比較強的用多線程
• 可能要擴展到多核分布的

多進程

可能要擴展到多機分布的

Linux進程控制

虛擬地址空間

虛擬存儲器為每個進程提供了獨占系統(tǒng)地址空間的假象。好像每個進程都在獨占地使用主存。每個進程看到的存儲器都是一致的,稱之為虛擬地址空間。

有一些敏感的地址：對于32位進程來說，代碼段從0X08048000開始，從0XC0000000開始到0XFFFFFFFF是內(nèi)核地址空間，通常情況下代碼運行在用戶態(tài)（0X00000000~0XC0000000的用戶地址空間），當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用、進程切換等操作時CPU控制寄存器設(shè)置模式位，進入內(nèi)核模式，這個狀態(tài)下進程可以訪問全部存儲器位置和執(zhí)行全部指令。（32位進程地址空間都是4G，但是用戶態(tài)下只能訪問低3G的地址空間，若要訪問3G到4G的地址空間則要進入內(nèi)核態(tài)）

PCB

進程調(diào)度實際上就是內(nèi)核選擇響應(yīng)的進程控制塊，被選擇的進程控制塊中包含了一個進程基本信息（進程標(biāo)識符、處理及狀態(tài)、進程調(diào)度信息、進程控制信息）

上下文切換

內(nèi)核管理所有進程控制塊，而進程控制塊記錄了進程全部狀態(tài)信息，每一次進程調(diào)度就是一次上下文切換；上下文本質(zhì)就是當(dāng)前運行狀態(tài)，主要包括**通用寄存器、浮點寄存器、狀態(tài)寄存器、程序計數(shù)器、用戶棧和內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（頁表、進程表、文件表）等。

一次完整的上下文切換通常是進程原先運行于用戶態(tài)，之后因為系統(tǒng)調(diào)用或者時間片切換到內(nèi)核態(tài)執(zhí)行內(nèi)核指令，完成上下文切換之后回到用戶態(tài)，此時已經(jīng)切換到了另一個進程。

進程狀態(tài)切換

• 運行：占用CPU
• 就緒：由于其它進程運行而暫停運行（通過調(diào)度算法獲得CPU時間，等待下一次調(diào)度）
• 阻塞： 等待某一事件發(fā)生（比如等待輸入/輸出操作完成）而暫停運行。

進程調(diào)度算法

• 先來先服務(wù)：非搶占式，不利于短作業(yè)
• 短作業(yè)優(yōu)先：非搶占式，長作業(yè)有可能餓死
• 最短剩余時間優(yōu)先：搶占式。按照剩余運行時間，如果新進程需要的時間更少，則掛起當(dāng)前進程。
• 時間片輪轉(zhuǎn)：時間片用完的時候，由計時器發(fā)出時鐘中斷，調(diào)度程序便停止該進程的執(zhí)行，并將它送往就緒隊列末尾，同時CPU時間分配給隊首的進程。時間片太小會導(dǎo)致進程切換頻繁，時間片過長，實時性不能得到保證。
• 優(yōu)先級調(diào)度：為每個進程分配一個優(yōu)先級，為了防止優(yōu)先級低的任務(wù)等待不到調(diào)度，可以隨著時間的推移增加等待進程的優(yōu)先級

合理地設(shè)置各類進程的優(yōu)先級：

參考操作系統(tǒng)——調(diào)度算法
①系統(tǒng)進程優(yōu)先級高于用戶進程；
②前臺進程優(yōu)先級高于后臺進程；
③操作系統(tǒng)更偏好 I/O 型進程(I/O 繁忙型進程)。

• 與 I/O 型進程相對的是計算型進程(CPU繁忙型進程)，I/O 設(shè)備和 CPU 可以并行地工作，所以如果讓 I/O 型進程優(yōu)先運行的話，則越有可能讓 I/O 設(shè)備盡早地投入工作，則資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量等都會得到提升。

根據(jù)優(yōu)先級是否可以動態(tài)地改變，可以將優(yōu)先級分為靜態(tài)優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級兩種。靜態(tài)優(yōu)先級在創(chuàng)建進程時就已經(jīng)確定，之后一直不變；動態(tài)優(yōu)先級創(chuàng)建進程時有一個初始值，之后會根據(jù)情況動態(tài)地調(diào)整優(yōu)先級。
動態(tài)優(yōu)先級的調(diào)整時機：從追求公平、提升資源利用率等角度考慮。如果某進程在就緒隊列中等待了很長時間，可以適當(dāng)提升其優(yōu)先級；如果某進程占用處理機運行了很長時間，可以適當(dāng)降低其優(yōu)先級；如果發(fā)現(xiàn)一個進程頻繁地進行I/O操作，可以適當(dāng)提升其優(yōu)先級。
優(yōu)缺點：優(yōu)點是用優(yōu)先級區(qū)分緊急程度、重要程度，適用于實時操作系統(tǒng)，可靈活地調(diào)整對各種作業(yè)或進程的偏好程度；缺點是若源源不斷地有高優(yōu)先級進程到來，則可能導(dǎo)致饑餓。

多級反饋隊列

對于需要連續(xù)執(zhí)行多個時間片的進程，設(shè)置了多個隊列，每個隊列時間片大小不同比如1，2，4，8……?？梢钥醋魇菚r間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法和優(yōu)先級調(diào)度算法結(jié)合。

進程通信

進程是一個獨立的資源分配單元。不同進程（這里通常指的是用戶進程）之間的資源是獨立的，沒有關(guān)聯(lián)，不能在一個進程中直接訪問另一個進程的資源。但是，進程不是孤立的，不同的進程需要進行信息的交互和狀態(tài)傳遞，因此需要進程通信。

進程通信的目的包括數(shù)據(jù)傳輸、通知事件、資源共享、進程控制
圖片來源?？途W(wǎng)高性能并發(fā)服務(wù)器

圖片來源阿秀的學(xué)習(xí)筆記

管道

無名管道（內(nèi)存文件）

管道是一種半雙工通信方式（只能由一端向另一端發(fā)送數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)只能單向流動，而且只能在具有親緣關(guān)系的進程中使用。親緣關(guān)系通常是指父子進程關(guān)系，指的是具有公共祖先的進程。

• 管道其實是一個在內(nèi)核內(nèi)存中維護的緩沖器。是一種特殊的文件
• 管道擁有文件的特質(zhì)：讀操作、寫操作
• 匿名管道沒有文件實體，有名管道具有文件實體，單數(shù)不存儲數(shù)據(jù)?？梢园凑詹僮魑募姆绞綄艿肋M行操作
• 一個管道是一個字節(jié)流，從管道讀取數(shù)據(jù)的進程可以讀取任意大小的數(shù)據(jù)塊，而不管寫入進程寫入管道的數(shù)據(jù)塊 的大小是多少。
  -管道的邏輯結(jié)構(gòu)是一個先進先出的隊列，邏輯結(jié)構(gòu)是一個環(huán)形緩沖區(qū)

有名管道（FIFO文件，借助文件系統(tǒng)）

也是半雙工通信方式，但是允許在沒有親緣關(guān)系的進程之間使用，先進先出的通信方式。

提供了一個路徑名與管道關(guān)聯(lián)，以FIFO的文件形式存在文件系統(tǒng)中，作為一個特殊文件存在，但是FIFO中的內(nèi)容存放在內(nèi)存中。

• 創(chuàng)建有名管道

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode);

一旦使用mkfifo創(chuàng)建了一個FIFO，就可以使用open打開它。命名管道通過命令mkfifo或系統(tǒng)調(diào)用mkfifo來創(chuàng)建

共享內(nèi)存

共享內(nèi)存就是映射一段能被其他進程所訪問的內(nèi)存，這段共享內(nèi)存由一個進程創(chuàng)建，但是多個進程都可以訪問。共享內(nèi)存是IPC里面最快速的方式（不同進程間使用事實上的同一塊區(qū)域，使得進程間使用信息的時候免去“復(fù)制”這一流程，減少開銷。

共享內(nèi)存通常與信號量和管道結(jié)合使用，實現(xiàn)更加復(fù)雜的進程間通信
操作系統(tǒng)提供了一些共享內(nèi)存的系統(tǒng)調(diào)用，例如shmget（獲取共享內(nèi)存區(qū)域）、shmat（映射共享內(nèi)存區(qū)域）、shmdt（解除映射共享內(nèi)存區(qū)域）和shmctl（共享內(nèi)存控制操作）。
共享內(nèi)存存在一些風(fēng)險，因為多個進程都可以訪問同一塊內(nèi)存區(qū)域，所以需要通過互斥機制來確保數(shù)據(jù)同步和安全
使用共享內(nèi)存的時候要注意內(nèi)存大小限制、內(nèi)存清理和維護等

參考阿秀的學(xué)習(xí)筆記

相關(guān)接口

• 創(chuàng)建共享內(nèi)存：int shmget(key_t key, int size, int flag);
  成功時返回一個和key相關(guān)的共享內(nèi)存標(biāo)識符，失敗返回-1。
  ·key：為共享內(nèi)存段命名，多個共享同一片內(nèi)存的進程使用同一個key。
  ·size：共享內(nèi)存容量。
  ·flag：權(quán)限標(biāo)志位，和open的mode參數(shù)一樣。
• 連接到共享內(nèi)存地址空間：void *shmat(int shmid, void *addr, int flag);
  返回值即共享內(nèi)存實際地址。
  ·shmid：shmget()返回的標(biāo)識。
  ·addr：決定以什么方式連接地址。
  ·flag：訪問模式。
• 從共享內(nèi)存分離：int shmdt(const void *shmaddr);
  調(diào)用成功返回0，失敗返回-1。
  shmaddr：是shmat()返回的地址指針。‘

讀端示例

代碼來源于?？途W(wǎng)高性能服務(wù)器

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>

int main() {    

    // 1.獲取一個共享內(nèi)存
    int shmid = shmget(100, 0, IPC_CREAT);
    printf("shmid : %d\n", shmid);

    // 2.和當(dāng)前進程進行關(guān)聯(lián)
    void * ptr = shmat(shmid, NULL, 0);

    // 3.讀數(shù)據(jù)
    printf("%s\n", (char *)ptr);
    
    printf("按任意鍵繼續(xù)\n");
    getchar();

    // 4.解除關(guān)聯(lián)
    shmdt(ptr);

    // 5.刪除共享內(nèi)存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

寫端示例

#include <stdio.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <string.h>

int main() {    

    // 1.創(chuàng)建一個共享內(nèi)存
    int shmid = shmget(100, 4096, IPC_CREAT|0664);
    printf("shmid : %d\n", shmid);
    
    // 2.和當(dāng)前進程進行關(guān)聯(lián)
    void * ptr = shmat(shmid, NULL, 0);

    char * str = "helloworld";

    // 3.寫數(shù)據(jù)
    memcpy(ptr, str, strlen(str) + 1);

    printf("按任意鍵繼續(xù)\n");
    getchar();

    // 4.解除關(guān)聯(lián)
    shmdt(ptr);

    // 5.刪除共享內(nèi)存
    shmctl(shmid, IPC_RMID, NULL);

    return 0;
}

消息隊列

消息隊列是消息的連接表，包括POSIX消息對和System V消息隊列。有足夠權(quán)限的進程可以向隊列中添加消息，被賦予讀權(quán)限的進程則可以讀走隊列中的消息；

• 消息隊列是一種被用于進程間通信的有序隊列，將消息以FIFO順序傳遞給接收進程。

操作系統(tǒng)提供了一些消息隊列的系統(tǒng)調(diào)用，例如msgget（創(chuàng)建或打開一個隊列）、msgsnd（向隊列中發(fā)送一個消息）、msgrcv（從隊列中接收一個消息）和msgctl（消息隊列控制操作）等。

• 比起管道，消息隊列有這些優(yōu)點：
  1、大量數(shù)據(jù)傳輸。因為消息隊列可以通過多次發(fā)送和接收操作傳輸一個很大的數(shù)據(jù)塊
  2、有格式數(shù)據(jù)：和管道不同，消息隊列可以傳輸有個事的數(shù)據(jù)。==因為消息隊列傳輸?shù)氖较?，可以根?jù)需要將消息格式化成一定的形式，使數(shù)據(jù)更加靈活方便
  3、沒有緩沖區(qū)大小限制，可以傳遞任意大小的數(shù)據(jù)塊，不用擔(dān)心緩沖區(qū)溢出
  4、和管道不同，消息隊列可以支持多個進程同時并發(fā)訪問。
  5、消息隊列可以存儲未讀信息，這意味著即使接收進程不可用，發(fā)送進程任然可以將消息發(fā)送到隊列中等待接收。
  6、消息隊列可以獨立于讀寫進程存在，從而避免了FIFO中同步管道的打開和關(guān)閉可能產(chǎn)生的困難
  7、讀進程可以根據(jù)消息類型有選擇的接收消息，而FIFO是默認(rèn)接收的。

• 消息隊列是一種可靠的進程間通信機制，允許接收進程在消息到達(dá)前等待消息到達(dá)，并為進程提供了一種可靠的同步機制。

消息隊列為進程提供了以下可靠機制：

• 獨立性：進程可以獨立地執(zhí)行，并且可以將消息發(fā)送給其他進程，而不必考慮接收進程何時接收消息。
• 可擴展性：消息隊列允許多個進程共享一個隊列，并在需要時向隊列中添加或刪除操作。
• 緩沖機制：消息隊列為進程提供了一種可靠的緩沖機制，可以在繁忙的進程間傳遞消息，從而避免了消息丟失的可能性。
• 可靠性：消息隊列提供了一種可靠的進程間通信機制，允許接收進程在消息到達(dá)前等待消息的到達(dá)。

信號

用于通知進程某個事件已經(jīng)發(fā)生。按crtl+c就是一種信號

除了用于進程間通信之外，進程還可以發(fā)送信號給進程本身：

• 強制進程重置自身狀態(tài)，發(fā)送SIGTERM信號終止當(dāng)前操作并重置自身狀態(tài)
  強制進程退出：SIGKILL強制終止自身
  程序執(zhí)行控制：進程可以使用SIGUSR1和SIGUSR2等自定義信號來實現(xiàn)自身的程序控制執(zhí)行

信號量

信號量是一個計數(shù)器，可以用來控制多個進程對共享資源的訪問。它常作為一種鎖機制，實現(xiàn)進程、線程對臨界區(qū)的同步以及互斥訪問。多進程使用的是SYSTEM V信號量。

信號量主要作為進程間或者同一進程不同線程的同步手段

內(nèi)存映射

操作系統(tǒng)將一個文件映射到進程的地址空間中，以便直接訪問文件內(nèi)容。內(nèi)存映射將文件的一部分或者全部內(nèi)容映射到進程的地址空間的一段虛擬內(nèi)存中，進程可以像訪問普通內(nèi)存一樣訪問這些數(shù)據(jù)。

內(nèi)存映射是一種虛擬內(nèi)存管理技術(shù)，它可以將磁盤文件映射到進程的地址空間中。
內(nèi)存映射提高了IO操作的效率，因為讀取和寫入文件的內(nèi)容可以像訪問內(nèi)存一樣快速完成，此外，還可以提高進程之間的通信效率，因為多個進程可以訪問映射同一文件的不同部分。
內(nèi)存映射還提供了一種更加靈活的IO操作方式，例如將文件映射到不同進程或者不同地址空間中。

內(nèi)存映射和共享內(nèi)存的關(guān)系？區(qū)別是什么？

首先，內(nèi)存映射和共享內(nèi)存都是用于進程之間通信和共享數(shù)據(jù)的機制。它們主要作用是提高進程間通信的效率和簡化程序?qū)崿F(xiàn)。

• 區(qū)別：
  1、對象：內(nèi)存映射將一個文件映射到進程地址空間；共享內(nèi)存是將一塊內(nèi)存在多個進程之間共享；
  2、訪問方式：mmap通過虛擬內(nèi)存機制實現(xiàn)磁盤數(shù)據(jù)直接映射到進程內(nèi)存中，支持隨機訪問；共享內(nèi)存需要使用系統(tǒng)顯式操作內(nèi)存，支持隨機訪問
  3、同步方式：mmap通常需要使用信號量等同步機制確保進程訪問文件的正確性；共享內(nèi)存可以通過鎖等機制來確保多個進程對共享數(shù)據(jù)的順序訪問。
• 相似
  1、都是用于進程通信和共享數(shù)據(jù)
  2、都支持高效率數(shù)據(jù)共享，可以顯著提高程序執(zhí)行效率
  3、都存在同步機制，確保數(shù)據(jù)完整性和安全性

socket

可以用于不同機器之間的通信（網(wǎng)絡(luò)通信）

輔助命令

ipcs命令用于報告共享內(nèi)存、信號量和消息隊列信息。

• ipcs -a：列出共享內(nèi)存、信號量和消息隊列信息。
• ipcs -l：列出系統(tǒng)限額。
• ipcs -u：列出當(dāng)前使用情況。

線程通信

圖片來源阿秀的學(xué)習(xí)筆記

Linux

信號

類似于進程間的信號處理

鎖機制

1、互斥鎖

2、自旋鎖

3、讀寫鎖

讀寫鎖是一種在多線程編程中的同步機制，用于控制同一時刻由多少個讀操作和寫操作。
讀寫鎖由兩種鎖定狀態(tài)：讀鎖和寫鎖。讀鎖狀態(tài)下，多個線程可以同時讀取共享資源，但是只有一個線程可以獲取寫鎖來修改這個資源。寫鎖狀態(tài)下，只有一個線程可以修改共享資源，其它線程無論讀或者寫都會被阻塞，直到寫鎖被釋放。讀寫鎖的目的是使多個線程能夠同時讀取共享資源，提高并發(fā)性能。

讀寫鎖有兩種實現(xiàn)方式，讀優(yōu)先和寫優(yōu)先。讀優(yōu)先使可以使得多個線程獲得讀鎖，但是當(dāng)一個線程有寫鎖的時候，其它線程都被阻塞；寫優(yōu)先是優(yōu)先處理寫操作，寫操作處理完之后才處理讀操作。

• C++實現(xiàn)讀寫鎖
  C++讀寫鎖

讀寫鎖通常被用于對于讀操作頻繁但是寫操作較少的共享資源，例如數(shù)據(jù)庫查詢?？梢蕴岣卟l(fā)性能，減小鎖的爭用，降低線程之間的競爭。

條件變量

使用通知的方式解鎖，與互斥配合使用

信號量

包括無名線程信號量和命名線程信號量。多線程同步的信號量是POSIX信號量。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-427589.html

Windows

• 全局變量：需要有多個線程來訪問一個全局變量時，通常我們會在這個全局變量前加上volatile聲明，以防編譯器對此變量進行優(yōu)化
• Message消息機制：常用的Message通信的接口主要有兩個：PostMessage和PostThreadMessage，PostMessage為線程向主窗口發(fā)送消息。而PostThreadMessage是任意兩個線程之間的通信接口。
• Message消息機制：常用的Message通信的接口主要有兩個：PostMessage和PostThreadMessage，PostMessage為線程向主窗口發(fā)送消息。而PostThreadMessage是任意兩個線程之間的通信接口。

到了這里，關(guān)于操作系統(tǒng)進程線程（一）—進程線程協(xié)程區(qū)別、多進程多線程、進程調(diào)度算法、進程線程通信的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！