进程管理

进程，线程是什么

进程

• 进程：运行编写的代码被编译的可执行文件的过程
• 并行并发：并发是单核不同时间段处理任务，并行是多核分别处理不同的任务。
• 进程的状态： 运行状态，就绪状态，阻塞状态，除此之外还有创建状态和结束状态。但因为内存空间的问题，系统会把
  阻塞状态的程序写入的硬盘中，这就需要一个新的状态来描述，即描述进程没有占用实际的物理内存空间的情况，称为挂起状态。
  挂起状态又分为阻塞挂起状态（存在外存，等待事件发生）和就绪挂起状态（存在外存，进入内存直接运行）。
• 进程控制结构（PCB）：是进程存在的唯一标识，包含进程描述信息，进程控制和管理信息，资源分配清单，cpu相关信息。
  — 如何组织这些进程：按照队列分，如就绪队列按照链表依此连接pcb中为就绪状态的进程。
  — 如何控制进程：创建（申请新的pcb并写好放入就绪队列中），终止（查找pcb，删除并释放资源），阻塞（修改pcb并
  放入阻塞队列），唤醒（转换状态并放入就绪队列）。

线程

• 线程：最小能独立运行的单位，是进程中的一条执行流程，线程之间可以共享资源，但一个线程挂了会导致所有线程崩溃。
• 线程实现：同样有TCB,具体实现分为用户线程（内核不参与，有自己的程序函数进行调控），内核线程，轻量级线程（在内核中支持用户线程），

进程，线程比较

进程	线程
资源分配的单位	cpu调度的单位
拥有完整的资源管理平台	只独享必不可少的资源
	能减少并发执行的时间空间开销

调度程序

• 调度算法：分为抢占式（有时间中断，会将进程挂起）和非抢占式（运行直到阻塞或者结束）。
  – 再往下可分为：单核下的FCFS(先来先服务算法)，SJF(最短作业优先调度算法)，高相应比优先调度算法（根据公式计算的：
  
  
  
  时间片轮转调度算法，HPF（最高优先调度算法），多级反馈队列调度算法（结合前两者，不同队列运行时间不同）。
• 调度原则：考虑cpu利用率，系统吞吐量，周转时间，等待时间，响应时间。

进程之间如何通信

管道

匿名管道只在父子进程之间通信且随着进程销毁而结束，而命名管道可以在不相关的进程间通信。
管道通信不适合进程间频繁通信。

消息队列

消息队列是保存在内核中的消息链表，消息队列不适合较大数据的传输，且在通信过程中，存在用户态和内核态的数据拷贝开销。

共享内存

其机制是不同进程拿一块虚拟地址空间来，映射到相同的物理内存中。

— 为了防止不同进程修改同一个共享内存，引入概念信号量，其实类似于上锁，参量p和v，p是减1，v是加1。

信号

信号是进程之间唯一的异步通信机制，来源于硬件(如cltr+c)和软件(如kill),进程对信号的处理方式是有执行默认操作，捕捉信号和忽略信号。

Socket

为了实现跨网络与不同主机上的进程之间通信，就需要socket通信了，按照创建类型，可以细分为1.实现TCP字节流通信，实现udp数据报通信
，实现本地进程间通信。

多线程发生冲突

互斥与同步

• 互斥：保证一个线程在临界区执行时其他线程应该被阻止进入临界区。临界区是指访问共享资源的代码片段。
• 同步：并发进线程在一些关键点上可能需要互相等待与互通消息。
• 实现与使用：主要方式有两种：— 锁，—信号量。
  
  — 锁：又分为忙等待锁和无忙等待锁，忙等待锁又被称为自旋锁，意思是当获取不到锁时，会一直循环利用CPU周期
  直到锁可用，无等待锁指获取不到锁时需要放入等待锁的队列中。
  
  — 信号量，控制进程进入临界区

生产者消费者问题

• 任何时刻，只有一方可以进入缓冲区

经典同步问题

哲学家就餐问题

可行方案一：让偶数编号的哲学家先拿左边后拿右边，奇数编号相反，每个叉子一个信号量。

可行方案二：用数组记录哲学家三种状态，进餐状态，思考状态，饥饿状态；每个哲学家两边没有进餐时才可以进餐。
每个哲学家一个信号量。

读者写者问题

三种方案分别为读者优先（读者优先进入读者队列），写者优先，和公平策略（阻塞读者或写者在flag处）。

怎样避免死锁

死锁怎样产生

必须同时满足下面的条件：

• 互斥条件： 即多个线程不能使用同一个资源。
• 持有并等待条件：即线程A已经占有资源1，但还想申请资源2。
• 不可剥脱条件：自己在使用完之前不能被其他线程获取资源。
• 环路等待条件：两个线程获取资源的顺序构成了环形链。

如何避免

破坏其中之一的条件即可，通常破坏环路等待条件，使用资源有序分配法，即有序获取资源。

悲观锁和乐观锁

互斥锁和自旋锁

• 互斥锁加锁失败时，系统会从用户态转换为内核态，即释放cpu，给到其他线程。但这样会有两次线程上下文切换的成本。
• 自旋锁加锁失败时，线程进入while循环，系统会忙等待，直到拿到锁（通过cpu提供的CAS函数实现）。

读写锁

读写锁适用于能明确区分读操作和写操作的场景。

其中写锁为独占锁，类似于互斥锁和自旋锁，而读锁是共享锁（不允许写入或修改），可以多个线程同时持有。

因此读多写少时，能发挥优势。并且根据实现不同还进一步分为读优先锁（阻塞写线程直到读线程全完成）和写优先锁。

乐观锁和悲观锁

• 悲观锁：自认为多线程同时修改共享资源的概率比较高，会在访问共享资源前上锁。
• 乐观锁：先修改共享资源，然后提交时核验是否发生冲突，没有则本次操作成功，否则报错并放弃本次操作。
  只有冲突概率很低且加锁成本高时会使用到乐观锁。
  cas是乐观锁，基于cas实现的自旋锁因为加入了while或者cpu睡眠操作，只有拿到锁才能修改数据。

一个进程可以创建多少个线程

取决于：

• 进程的虚拟内存空间上限
• 系统参数限制

线程崩溃为什么不会导致jvm进程崩溃

因为虚拟机内部定义了信号处理函数，当接收到进程崩溃信号时，会自动转入信号处理函数中来；另一方面如果不做
额外处理，jvm就会产生crash文件，记录虚拟机崩溃的原因。