本期是操作系統(tǒng)開(kāi)胃菜，既然是開(kāi)胃菜那字?jǐn)?shù)少一點(diǎn)好了哈哈，就先來(lái)21 道題，16213 個(gè)字好了。

還有本來(lái)想等到《逆襲進(jìn)大廠》系列出完之后再放出 PDF 的，可很多人讓我先出個(gè)第一版先看著…．．

一開(kāi)始我是拒絕的，可真的太多人跟我說(shuō)了，考慮到最近金三銀四以及春招找工作期間很多人都需要這份資料，emm…

沒(méi)辦法，先出第一期好了。

以下是本期目錄，看看你會(huì)多少。

閑話少敘，開(kāi)車開(kāi)車！

1、進(jìn)程、線程和協(xié)程的區(qū)別和聯(lián)系

1、進(jìn)程是資源調(diào)度的基本單位，運(yùn)行一個(gè)可執(zhí)行程序會(huì)創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程，進(jìn)程就是運(yùn)行起來(lái)的可執(zhí)行程序

2、線程是程序執(zhí)行的基本單位，是輕量級(jí)的進(jìn)程。每個(gè)進(jìn)程中都有唯一的主線程，且只能有一個(gè)，主線程和進(jìn)程是相互依存的關(guān)系，主線程結(jié)束進(jìn)程也會(huì)結(jié)束。多提一句：協(xié)程是用戶態(tài)的輕量級(jí)線程，線程內(nèi)部調(diào)度的基本單位

2、線程與進(jìn)程的比較

1、線程啟動(dòng)速度快，輕量級(jí)

2、線程的系統(tǒng)開(kāi)銷小

3、線程使用有一定難度，需要處理數(shù)據(jù)一致性問(wèn)題

4、同一線程共享的有堆、全局變量、靜態(tài)變量、指針，引用、文件等，而獨(dú)自占有棧

3、一個(gè)進(jìn)程可以創(chuàng)建多少線程，和什么有關(guān)？

理論上，一個(gè)進(jìn)程可用虛擬空間是2G，默認(rèn)情況下，線程的棧的大小是1MB，所以理論上最多只能創(chuàng)建2048個(gè)線程。如果要?jiǎng)?chuàng)建多于2048的話，必須修改編譯器的設(shè)置。

因此，一個(gè)進(jìn)程可以創(chuàng)建的線程數(shù)由可用虛擬空間和線程的棧的大小共同決定，只要虛擬空間足夠，那么新線程的建立就會(huì)成功。如果需要?jiǎng)?chuàng)建超過(guò)2K以上的線程，減小你線程棧的大小就可以實(shí)現(xiàn)了，雖然在一般情況下，你不需要那么多的線程。過(guò)多的線程將會(huì)導(dǎo)致大量的時(shí)間浪費(fèi)在線程切換上，給程序運(yùn)行效率帶來(lái)負(fù)面影響。

4、外中斷和異常有什么區(qū)別？

外中斷是指由 CPU 執(zhí)行指令以外的事件引起，如 I／O 完成中斷，表示設(shè)備輸入／輸出處理已經(jīng)完成，處理器能夠發(fā)送下一個(gè)輸入／輸出請(qǐng)求。此外還有時(shí)鐘中斷、控制臺(tái)中斷等。

而異常時(shí)由 CPU 執(zhí)行指令的內(nèi)部事件引起，如非法操作碼、地址越界、算術(shù)溢出等。

5、進(jìn)程線程模型你知道多少？

對(duì)于進(jìn)程和線程的理解和把握可以說(shuō)基本奠定了對(duì)系統(tǒng)的認(rèn)知和把控能力。其核心意義絕不僅僅是“線程是調(diào)度的基本單位，進(jìn)程是資源分配的基本單位”這么簡(jiǎn)單。

多線程

我們這里討論的是用戶態(tài)的多線程模型，同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)部有多個(gè)線程，所有的線程共享同一個(gè)進(jìn)程的內(nèi)存空間，進(jìn)程中定義的全局變量會(huì)被所有的線程共享，比如有全局變量int i ＝ 10，這一進(jìn)程中所有并發(fā)運(yùn)行的線程都可以讀取和修改這個(gè)i的值，而多個(gè)線程被CPU調(diào)度的順序又是不可控的，所以對(duì)臨界資源的訪問(wèn)尤其需要注意安全。

我們必須知道，做一次簡(jiǎn)單的i ＝ i ＋ 1在計(jì)算機(jī)中并不是原子操作，涉及內(nèi)存取數(shù)，計(jì)算和寫入內(nèi)存幾個(gè)環(huán)節(jié)，而線程的切換有可能發(fā)生在上述任何一個(gè)環(huán)節(jié)中間，所以不同的操作順序很有可能帶來(lái)意想不到的結(jié)果。

但是，雖然線程在安全性方面會(huì)引入許多新挑戰(zhàn)，但是線程帶來(lái)的好處也是有目共睹的。首先，原先順序執(zhí)行的程序（暫時(shí)不考慮多進(jìn)程）可以被拆分成幾個(gè)獨(dú)立的邏輯流，這些邏輯流可以獨(dú)立完成一些任務(wù)（最好這些任務(wù)是不相關(guān)的）。

比如 QQ 可以一個(gè)線程處理聊天一個(gè)線程處理上傳文件，兩個(gè)線程互不干涉，在用戶看來(lái)是同步在執(zhí)行兩個(gè)任務(wù)，試想如果線性完成這個(gè)任務(wù)的話，在數(shù)據(jù)傳輸完成之前用戶聊天被一直阻塞會(huì)是多么尷尬的情況。

對(duì)于線程，我認(rèn)為弄清以下兩點(diǎn)非常重要：

線程之間有無(wú)先后訪問(wèn)順序（線程依賴關(guān)系）

多個(gè)線程共享訪問(wèn)同一變量（同步互斥問(wèn)題）

另外，我們通常只會(huì)去說(shuō)同一進(jìn)程的多個(gè)線程共享進(jìn)程的資源，但是每個(gè)線程特有的部分卻很少提及，除了標(biāo)識(shí)線程的tid，每個(gè)線程還有自己獨(dú)立的棧空間，線程彼此之間是無(wú)法訪問(wèn)其他線程棧上內(nèi)容的。

而作為處理機(jī)調(diào)度的最小單位，線程調(diào)度只需要保存線程棧、寄存器數(shù)據(jù)和PC即可，相比進(jìn)程切換開(kāi)銷要小很多。

線程相關(guān)接口不少，主要需要了解各個(gè)參數(shù)意義和返回值意義。

線程創(chuàng)建和結(jié)束

背景知識(shí)：

在一個(gè)文件內(nèi)的多個(gè)函數(shù)通常都是按照main函數(shù)中出現(xiàn)的順序來(lái)執(zhí)行，但是在分時(shí)系統(tǒng)下，我們可以讓每個(gè)函數(shù)都作為一個(gè)邏輯流并發(fā)執(zhí)行，最簡(jiǎn)單的方式就是采用多線程策略。在main函數(shù)中調(diào)用多線程接口創(chuàng)建線程，每個(gè)線程對(duì)應(yīng)特定的函數(shù)（操作），這樣就可以不按照main函數(shù)中各個(gè)函數(shù)出現(xiàn)的順序來(lái)執(zhí)行，避免了忙等的情況。線程基本操作的接口如下。

相關(guān)接口：

創(chuàng)建線程：int pthread＿create（pthread＿t ＊pthread， const pthread＿attr＿t ＊attr， void （start＿routine）（void ＊）， void ＊agr）；

創(chuàng)建一個(gè)新線程，pthread和start＿routine不可或缺，分別用于標(biāo)識(shí)線程和執(zhí)行體入口，其他可以填NULL。

pthread：用來(lái)返回線程的tid，＊pthread值即為tid，類型pthread＿t ＝＝ unsigned long int。

attr：指向線程屬性結(jié)構(gòu)體的指針，用于改變所創(chuàng)線程的屬性，填NULL使用默認(rèn)值。

start＿routine：線程執(zhí)行函數(shù)的首地址，傳入函數(shù)指針。

arg：通過(guò)地址傳遞來(lái)傳遞函數(shù)參數(shù)，這里是無(wú)符號(hào)類型指針，可以傳任意類型變量的地址，在被傳入函數(shù)中先強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換成所需類型即可。

獲得線程ID：pthread＿t pthread＿self（）；

調(diào)用時(shí)，會(huì)打印線程ID。

等待線程結(jié)束：int pthread＿join（pthread＿t tid， void＊＊ retval）；

主線程調(diào)用，等待子線程退出并回收其資源，類似于進(jìn)程中wait／waitpid回收僵尸進(jìn)程，調(diào)用pthread＿join的線程會(huì)被阻塞。

tid：創(chuàng)建線程時(shí)通過(guò)指針得到tid值。

retval：指向返回值的指針。

結(jié)束線程：pthread＿exit（void ＊retval）；

子線程執(zhí)行，用來(lái)結(jié)束當(dāng)前線程并通過(guò)retval傳遞返回值，該返回值可通過(guò)pthread＿join獲得。

retval：同上。

分離線程：int pthread＿detach（pthread＿t tid）；

主線程、子線程均可調(diào)用。主線程中pthread＿detach（tid），子線程中pthread＿detach（pthread＿self（）），調(diào)用后和主線程分離，子線程結(jié)束時(shí)自己立即回收資源。

tid：同上。

線程屬性值修改

背景知識(shí)：

線程屬性對(duì)象類型為pthread＿attr＿t，結(jié)構(gòu)體定義如下：

typedef struct｛
 int etachstate；    ／／ 線程分離的狀態(tài)
 int schedpolicy；    ／／ 線程調(diào)度策略
 struct sched＿param schedparam；    ／／ 線程的調(diào)度參數(shù)
 int inheritsched；    ／／ 線程的繼承性
 int scope；    ／／ 線程的作用域
 ／／ 以下為線程棧的設(shè)置
 size＿t guardsize；    ／／ 線程棧末尾警戒緩沖大小
 int stackaddr＿set；    ／／ 線程的棧設(shè)置
 void ＊    stackaddr；    ／／ 線程棧的位置
 size＿t stacksize；    ／／ 線程棧大小
｝pthread＿arrt＿t；

相關(guān)接口：

對(duì)上述結(jié)構(gòu)體中各參數(shù)大多有：pthread＿attr＿get（）和pthread＿attr＿set（）系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)來(lái)設(shè)置和獲取。這里不一一羅列。

多進(jìn)程

每一個(gè)進(jìn)程是資源分配的基本單位。

進(jìn)程結(jié)構(gòu)由以下幾個(gè)部分組成：代碼段、堆棧段、數(shù)據(jù)段。代碼段是靜態(tài)的二進(jìn)制代碼，多個(gè)程序可以共享。

實(shí)際上在父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程之后，父、子進(jìn)程除了pid外，幾乎所有的部分幾乎一樣。

父、子進(jìn)程共享全部數(shù)據(jù)，但并不是說(shuō)他們就是對(duì)同一塊數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，子進(jìn)程在讀寫數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)通過(guò)寫時(shí)復(fù)制機(jī)制將公共的數(shù)據(jù)重新拷貝一份，之后在拷貝出的數(shù)據(jù)上進(jìn)行操作。

如果子進(jìn)程想要運(yùn)行自己的代碼段，還可以通過(guò)調(diào)用execv（）函數(shù)重新加載新的代碼段，之后就和父進(jìn)程獨(dú)立開(kāi)了。

我們?cè)趕hell中執(zhí)行程序就是通過(guò)shell進(jìn)程先f(wàn)ork（）一個(gè)子進(jìn)程再通過(guò)execv（）重新加載新的代碼段的過(guò)程。

進(jìn)程創(chuàng)建與結(jié)束

背景知識(shí)：

進(jìn)程有兩種創(chuàng)建方式，一種是操作系統(tǒng)創(chuàng)建的一種是父進(jìn)程創(chuàng)建的。從計(jì)算機(jī)啟動(dòng)到終端執(zhí)行程序的過(guò)程為：0號(hào)進(jìn)程 －＞ 1號(hào)內(nèi)核進(jìn)程 －＞ 1號(hào)用戶進(jìn)程（init進(jìn)程） －＞ getty進(jìn)程 －＞ shell進(jìn)程 －＞ 命令行執(zhí)行進(jìn)程。所以我們?cè)诿�令行中通過(guò) ．／program執(zhí)行可執(zhí)行文件時(shí)，所有創(chuàng)建的進(jìn)程都是shell進(jìn)程的子進(jìn)程，這也就是為什么shell一關(guān)閉，在shell中執(zhí)行的進(jìn)程都自動(dòng)被關(guān)閉的原因。從shell進(jìn)程到創(chuàng)建其他子進(jìn)程需要通過(guò)以下接口。

相關(guān)接口：

創(chuàng)建進(jìn)程：pid＿t fork（void）；

返回值：出錯(cuò)返回－1；父進(jìn)程中返回pid ＞ 0；子進(jìn)程中pid ＝＝ 0

結(jié)束進(jìn)程：void exit（int status）；

status是退出狀態(tài)，保存在全局變量中S？，通常0表示正常退出。

獲得PID：pid＿t getpid（void）；

返回調(diào)用者pid。

獲得父進(jìn)程PID：pid＿t getppid（void）；

返回父進(jìn)程pid。

其他補(bǔ)充：

正常退出方式：exit（）、＿exit（）、return（在main中）。

exit（）和＿exit（）區(qū)別：exit（）是對(duì)＿＿exit（）的封裝，都會(huì)終止進(jìn)程并做相關(guān)收尾工作，最主要的區(qū)別是＿exit（）函數(shù)關(guān)閉全部描述符和清理函數(shù)后不會(huì)刷新流，但是exit（）會(huì)在調(diào)用＿exit（）函數(shù)前刷新數(shù)據(jù)流。

return和exit（）區(qū)別：exit（）是函數(shù)，但有參數(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(jìn)程，若是在main函數(shù)中，控制權(quán)交給系統(tǒng)。

異常退出方式：abort（）、終止信號(hào)。

Linux進(jìn)程控制

進(jìn)程地址空間（地址空間）

虛擬存儲(chǔ)器為每個(gè)進(jìn)程提供了獨(dú)占系統(tǒng)地址空間的假象。

盡管每個(gè)進(jìn)程地址空間內(nèi)容不盡相同，但是他們的都有相似的結(jié)構(gòu)。X86 Linux進(jìn)程的地址空間底部是保留給用戶程序的，包括文本、數(shù)據(jù)、堆、棧等，其中文本區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)是通過(guò)存儲(chǔ)器映射方式將磁盤中可執(zhí)行文件的相應(yīng)段映射至虛擬存儲(chǔ)器地址空間中。

有一些＂敏感＂的地址需要注意下，對(duì)于32位進(jìn)程來(lái)說(shuō)，代碼段從0x08048000開(kāi)始。從0xC0000000開(kāi)始到0xFFFFFFFF是內(nèi)核地址空間，通常情況下代碼運(yùn)行在用戶態(tài)（使用0x00000000 ～ 0xC00000000的用戶地址空間），當(dāng)發(fā)生系統(tǒng)調(diào)用、進(jìn)程切換等操作時(shí)CPU控制寄存器設(shè)置模式位，進(jìn)入內(nèi)和模式，在該狀態(tài)（超級(jí)用戶模式）下進(jìn)程可以訪問(wèn)全部存儲(chǔ)器位置和執(zhí)行全部指令。

也就說(shuō)32位進(jìn)程的地址空間都是4G，但用戶態(tài)下只能訪問(wèn)低3G的地址空間，若要訪問(wèn)3G ～ 4G的地址空間則只有進(jìn)入內(nèi)核態(tài)才行。

進(jìn)程控制塊（處理機(jī)）

進(jìn)程的調(diào)度實(shí)際就是內(nèi)核選擇相應(yīng)的進(jìn)程控制塊，被選擇的進(jìn)程控制塊中包含了一個(gè)進(jìn)程基本的信息。

上下文切換

內(nèi)核管理所有進(jìn)程控制塊，而進(jìn)程控制塊記錄了進(jìn)程全部狀態(tài)信息。每一次進(jìn)程調(diào)度就是一次上下文切換，所謂的上下文本質(zhì)上就是當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，主要包括通用寄存器、浮點(diǎn)寄存器、狀態(tài)寄存器、程序計(jì)數(shù)器、用戶棧和內(nèi)核數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（頁(yè)表、進(jìn)程表、文件表）等。

進(jìn)程執(zhí)行時(shí)刻，內(nèi)核可以決定搶占當(dāng)前進(jìn)程并開(kāi)始新的進(jìn)程，這個(gè)過(guò)程由內(nèi)核調(diào)度器完成，當(dāng)調(diào)度器選擇了某個(gè)進(jìn)程時(shí)稱為該進(jìn)程被調(diào)度，該過(guò)程通過(guò)上下文切換來(lái)改變當(dāng)前狀態(tài)。

一次完整的上下文切換通常是進(jìn)程原先運(yùn)行于用戶態(tài)，之后因系統(tǒng)調(diào)用或時(shí)間片到切換到內(nèi)核態(tài)執(zhí)行內(nèi)核指令，完成上下文切換后回到用戶態(tài)，此時(shí)已經(jīng)切換到進(jìn)程B。