线程和进程的概念、区别

进程是操作系统进行资源分配的基本单位，拥有独立的地址空间，包括代码、数据、堆、栈等。进程间的切换开销较大。

线程是进程中的一个执行单元，是系统中最小的执行单位，共享进程的资源，如代码段、数据段、打开的文件等。线程间切换的开销相对较小。

区别主要体现在以下几个方面：

1. 资源拥有：进程拥有独立资源，线程共享所属进程的资源。

2. 调度：线程是调度的基本单位，进程是资源分配的基本单位。

3. 并发性：进程间并发的开销大，线程间并发效率高。

4. 系统开销：创建或撤销进程的系统开销大于创建或撤销线程。

什么时候用进程？什么时候用线程？

一般来说，以下情况可能会考虑使用进程：

1. 不同程序之间需要独立的资源和运行环境，互不干扰。

2. 对稳定性和安全性要求较高，一个进程的错误不会影响到其他进程。

而以下情况可能更适合使用线程：

1. 需要频繁创建和销毁，开销较小时。

2. 程序需要进行大量的并发操作，以提高效率。

3. 多个线程之间需要共享大量数据。

进程的作用

一、资源分配与管理

1、资源分配

进程是操作系统进行资源分配的基本单位。操作系统将系统中的各种资源（如内存、CPU 时间、I/O 设备等）分配给不同的进程。例如，当一个程序启动时，操作系统会为其创建一个进程，并根据程序的需求分配一定的内存空间来存储程序的代码、数据等，同时也会为进程分配 CPU 时间片，以便进程能够在 CPU 上执行。

2、资源管理

进程有助于操作系统管理资源的使用情况。通过进程的概念，操作系统可以监控每个进程对资源的使用，例如进程使用了多少内存、占用了多长时间的 CPU 等，从而实现对资源的有效管理。如果某个进程过度占用资源，操作系统可以采取相应的措施，如调整其优先级或者终止该进程，以保证系统整体的稳定运行。

二、实现多任务处理

1、并发执行

在现代操作系统中，多个进程可以并发执行。这意味着在宏观上，多个进程看起来是同时运行的。例如，在一个多用户的服务器系统中，多个用户的任务可以同时进行，每个任务对应一个进程。一个用户可能正在进行文件下载（一个进程），另一个用户可能在浏览网页（另一个进程），操作系统通过进程管理使得这些任务能够并发执行，提高了系统的整体效率和资源利用率。

2、隔离性与独立性

进程之间具有隔离性和独立性。每个进程都有自己独立的地址空间和资源，这使得一个进程的运行不会干扰到其他进程。例如，即使一个进程出现故障（如内存泄漏或者程序崩溃），由于进程间的隔离性，不会影响到其他正常运行的进程。这种特性对于多任务环境下系统的稳定性和安全性非常重要。

线程什么时候互斥，什么时候同步

一、线程互斥的情况

当多个线程同时访问共享资源，并且对该资源的访问会导致资源状态不一致或出现错误结果时，就需要互斥。

1、共享变量的修改：多个线程同时对一个共享变量进行写操作。

2、共享资源的独占访问：当一个资源在同一时间只能被一个线程使用时。

二、线程同步的情况

线程同步主要是为了协调多个线程之间的执行顺序和协作关系，确保它们按照特定的顺序或条件执行。

1、生产者 - 消费者模型：生产者线程负责生产数据并放入缓冲区，消费者线程从缓冲区中取出数据进行处理。这两个线程需要同步以确保缓冲区的正确操作。例如，当缓冲区为空时，消费者线程需要等待生产者线程生产数据；当缓冲区已满时，生产者线程需要等待消费者线程取出数据。

2、任务的先后顺序：在一个复杂的任务中，某些线程的执行需要依赖其他线程的结果。比如，线程 A 负责计算数据，线程 B 需要使用线程 A 的计算结果进行进一步的处理。这时，线程 B 必须等待线程 A 完成计算后才能开始执行，这就需要同步机制来确保执行顺序。

3、并发任务的协调：多个线程共同完成一个大任务时，需要协调它们的进度。例如，在一个文件下载器中，多个线程同时下载文件的不同部分，当所有部分都下载完成后，需要进行合并操作。这就需要一种同步机制来判断所有线程是否都完成了任务，以便启动合并操作。

进程间为什么要通信？有几种方式？

一、进程间通信的原因

资源共享

多个进程可能需要共享某些资源，如文件、设备等。

例如，多个进程可能都需要访问同一个数据库文件，通过进程间通信，它们可以协调对该文件的访问，防止数据不一致或损坏。

任务协作

在复杂的系统中，不同的进程可能承担不同的任务，这些任务之间可能存在依赖关系。例如，一个进程负责数据采集，另一个进程负责对采集到的数据进行分析处理，数据采集进程需要将采集到的数据传递给分析处理进程，这就需要进程间通信。

信息传递

进程之间可能需要交换信息来协调它们的行为。例如，在一个多进程的网络服务器中，一个进程负责接收客户端的连接请求，当有新的连接建立时，它需要通知其他进程来处理该连接的后续事务。

二、进程间通信的方式

1、管道

无名管道（Pipe）

管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动。管道通常用于具有父子关系的进程间通信。

例如，在 Unix/Linux 系统中，可以使用pipe系统调用创建一个管道，父进程创建管道后，可以将管道的一端传递给子进程，从而实现父子进程之间的数据传输。

有名管道（Fifo）

有名管道克服了无名管道只能用于父子进程通信的限制。它是一种特殊类型的文件，多个进程可以通过它的名称来访问这个管道。不同的进程只要知道有名管道的名称，就可以进行通信。

2、消息队列（Message Queue）

消息队列是消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。进程可以向消息队列中发送消息，也可以从消息队列中接收消息。消息队列具有一定的消息格式，可以根据消息类型进行消息的接收和发送，不同进程可以通过消息队列进行异步通信。

3、共享内存（Shared Memory）

共享内存是最快的进程间通信方式。多个进程可以映射同一块物理内存到它们各自的虚拟地址空间，这样这些进程就可以直接读写这块共享内存区域。但是，由于多个进程可以同时访问共享内存，需要通过同步机制（如信号量）来防止数据的冲突和不一致。

4、信号量（Semaphore）

信号量主要用于进程间的同步，而不是数据传输。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。例如，通过信号量可以控制同时访问某个文件或共享内存区域的进程数量。

5、套接字（Socket）

套接字主要用于不同主机上的进程间通信，也可以用于同一主机上的进程间通信。它提供了一种通用的网络编程接口，可以基于 TCP 或 UDP 协议进行通信。例如，在网络服务器和客户端的通信中，服务器进程和客户端进程通过套接字进行数据交换。

6、信号（Signal）

信号是一种比较简单的进程间通信机制。它是一种异步通知机制，用于通知进程某个特定事件已经发生。

例如，当子进程结束时，会向父进程发送SIGCHLD信号；

进程可以为特定的信号指定处理函数。当接收到信号时，进程会暂停当前的执行流程，转而执行对应的信号处理函数。如果进程没有为某个信号指定处理函数，那么会执行默认的处理动作

和进程相关的命令

在Linux 系统中

ps 命令

ps -ef：可以显示所有进程的详细信息，包括 UID（用户 ID）、PID（进程 ID）、PPID（父进程 ID）、C（CPU 使用率）、STIME（启动时间）、TTY（终端类型）、TIME（累计 CPU 时间）和 CMD（命令行）等信息。

ps -aux：这个命令与ps -ef类似，不过输出格式稍有不同，它提供了更多关于内存使用等方面的信息，其中a表示显示所有用户的进程，u表示以用户为中心显示详细信息，x表示显示没有控制终端的进程。

top 命令

这是一个动态查看进程信息的命令。它可以实时显示系统中各个进程的资源占用情况，如 CPU 使用率、内存使用率等信息。在 top 命令的界面中，可以通过按键操作进行排序（例如按 CPU 使用率排序等）、改变显示的进程数量等操作。

kill 命令
当需要终止某个特定的进程时，我会使用kill命令。例如，当一个程序出现死锁或者无响应的情况时，可以通过ps命令找到该进程的 PID，然后使用kill [PID]来尝试终止它。如果进程无法正常终止，可以使用kill -9 [PID]强制终止，但这种方式可能会导致数据丢失或其他不良后果，所以需要谨慎使用。

pgrep 命令

用于根据进程名或其他属性查找进程 ID。例如，pgrep firefox可以查找名为firefox的进程的 PID。

linux系统进程的内存布局

内存分布图：

有那几个区？

代码区、静态区、堆区、栈区

代码段：代码段是用来存放可执行文件的操作指令，也就是说是它是可执行程序在内存种的镜像。代码段需要防止在运行时被非法修改，所以只准许读取操作，而不允许写入（修改）操作——它是不可写的。

数据段：数据段用来存放可执行文件中已初始化全局变量，换句话说就是存放程序静态分配的变量和全局变量。

BSS段：BSS段包含了程序中未初始化全局变量，在内存中bss段全部置零。

堆（heap）：堆是用于存放进程运行中被动态分配的内存段，它大小并不固定，可动态扩张或缩减。当进程调用malloc/new等函数分配内存时，新分配的内存就被动态添加到堆上（堆被扩张）；当利用free等函数释放内存时，被释放的内存从堆中被剔除（堆被缩减）

栈（stack）：栈是用户存放程序临时创建的局部变量，也就是说我们函数括弧“{}”中定义的变量（但不包括static声明的变量，static意味这在数据段中存放变量）。除此以外在函数被调用时，其参数也会被压入发起调用的进程栈中，并且待到调用结束后，函数的返回值也回被存放回栈中。由于栈的先进先出特点，所以栈特别方便用来保存/恢复调用现场。从这个意义上将我们可以把堆栈看成一个临时数据寄存、交换的内存区。

https://www.cnblogs.com/coversky/p/7619755.html

进程状态的切换有哪几种？

进程的状态可以分为五种，分别是新建（New）、就绪（Ready）、运行（Running）、阻塞（Blocked）和终止（Terminated）

当一个进程新建时，它会分配资源并请求系统调度；当他就绪，就等候系统分配资源；运行状态时，进程正在执行指令；阻塞，是进程因为某些原因，如等待 I/O 操作完成而暂停；终止，是进程结束时所处的状态。

在进程状态转换图中，我们可以发现，一个进程的状态会不断地发生变化。如从新建状态转换到就绪状态，就意味着该进程已经请求到了系统资源，并等待系统调度。当该进程获取到 CPU 资源后，进程状态会从就绪状态转换到运行状态，直到进程执行完毕。如果在运行过程中，进程发生某种等待操作，如等待 I/O 操作完成，进程状态就会从运行状态转换到阻塞状态。当 I/O 操作完成后，进程状态就会从阻塞状态转换回就绪状态，等待系统资源分配。

https://www.hbgreen.com.cn/news/21880645c.html

父与子运行期间的关系是什么？

一、资源继承关系

内存空间

子进程会继承父进程的部分资源。在内存方面，子进程会继承父进程的代码段（共享可执行代码），这样可以节省内存空间。例如，在 Unix/Linux 系统中，当父进程是一个可执行程序的运行实例，子进程创建后会共享父进程的代码段，不需要重新加载相同的可执行代码到内存中。

文件描述符

子进程会继承父进程打开的文件描述符。如果父进程打开了某个文件进行读写操作，子进程创建后也可以对该文件进行操作（取决于打开文件时的权限设置）。例如，父进程打开了一个日志文件用于记录程序运行状态，子进程可以继续向这个日志文件中写入相关信息，这在一些父子进程协同处理任务且需要共享文件操作的场景中非常有用。

二、执行顺序关系

创建顺序与启动顺序

父进程先创建子进程，子进程在被创建后才开始运行。一般情况下，父进程创建子进程是为了完成某个特定的子任务。例如，在一个网络服务器程序中，父进程负责监听客户端的连接请求，当有新的连接请求到来时，父进程创建一个子进程来处理这个连接的后续事务，子进程会在创建之后按照程序逻辑开始执行相关任务，如接收和发送数据等。

并发与同步

父进程和子进程可以并发运行，它们在操作系统的调度下共享 CPU 时间。然而，在某些情况下，需要对它们的执行进行同步。例如，父进程可能需要等待子进程完成某个任务后再继续执行其他操作。这可以通过进程间通信机制（如信号、管道等）来实现。比如，父进程创建子进程去压缩一个大型文件，父进程可以通过信号或者管道等待子进程发送文件压缩完成的信号后，再进行后续的操作，如将压缩文件上传到服务器等。

三、终止关系

子进程终止影响

当子进程终止时，它会向父进程发送一个信号（如 SIGCHLD 信号）通知父进程。父进程可以根据自己的需求选择如何处理子进程的终止事件。例如，父进程可以选择忽略这个信号，或者接收这个信号并进行一些清理工作，如回收子进程占用的资源（内存、文件描述符等）。

父进程终止影响

如果父进程在子进程之前终止，子进程会成为孤儿进程。在 Unix/Linux 系统中，孤儿进程会被 init 进程（进程号为 1）收养，init 进程会负责回收孤儿进程的资源并处理相关事务，以确保系统资源的有效管理和系统的稳定运行。

编译多任务程序时，是首选进程还是线程  

在编译多任务程序时，选择进程还是线程取决于具体的应用场景和需求。
如果以下情况，可能更倾向于选择线程：
1. 对资源共享和效率要求较高，线程之间共享地址空间，能方便地共享数据和资源，减少了进程切换时的资源开销。
2. 任务之间需要频繁交互和通信，线程间通信相对简单和高效。
如果以下情况，可能更倾向于选择进程：
1. 对程序的稳定性和容错性要求较高，因为一个进程的错误通常不会影响到其他进程。
2. 不同任务需要独立的资源环境，进程拥有独立的地址空间，可以更好地隔离和保护资源。

编程序的时候什么时候用多进程，什么时候用多线程？

在编程时，选择使用多进程还是多线程可以考虑以下因素：
使用多进程的情况：
1. 稳定性和容错性要求高：当一个进程出现故障或崩溃时，不会影响其他进程的运行，提高了系统的稳定性和容错能力。
2. 资源隔离需求强：不同进程拥有独立的内存空间和资源，适合需要严格隔离资源的场景，例如运行不同安全级别的任务。
3. 计算密集型任务且对资源需求大：如果单个任务需要大量的内存、CPU 等资源，使用独立的进程可以避免资源竞争。
4. 编程语言或框架的限制：某些情况下，特定的编程语言或框架可能更适合使用多进程来实现并行处理。
使用多线程的情况：
1. 频繁的 I/O 操作：当程序中包含大量的文件读写、网络通信等 I/O 操作时，使用多线程可以在 I/O 等待期间切换执行其他线程，提高 CPU 利用率。
2. 资源共享和数据交互频繁：多个线程可以方便地共享进程内的资源和数据，减少数据复制和传递的开销。
3. 提高响应性：在需要及时响应用户操作或处理实时性要求较高的任务时，多线程可以同时处理多个任务，提高系统的响应速度。
4. 降低系统开销：创建和切换线程的开销通常比创建和切换进程小。

为什么多线程需要互斥，多进程不需要？

这种说法并不准确。多线程和多进程在某些情况下都可能需要互斥。
多线程需要互斥的主要原因是多个线程共享进程的地址空间，可能会同时访问和修改共享资源，如果不进行互斥控制，可能导致数据不一致、竞态条件等问题。
而多进程在访问某些共享资源时，也可能需要互斥。例如，多个进程可能需要同时读写同一个文件、使用同一个数据库或者操作同一个硬件设备等。
只是在一般情况下，多进程之间由于拥有独立的地址空间，对于大多数内存中的数据不需要像多线程那样严格的互斥控制。但对于一些系统级的共享资源，多进程仍然可能需要采取适当的同步和互斥措施来保证数据的一致性和正确性。