进程与线程

#include 
#include 
using namespace std;

void func(); 

int main(){
thread th = thread(func);
th.join();
cout << "this is my main thread,and thread_id is " << this_thread::get_id() << endl; 
} 

void func(){
cout << "this is a new thread,and thread_id is " << this_thread::get_id() << endl;
}

(1) 进程与线程区别？
进程是并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位，一个动态概概念，是竞争计算机资源的基本单位。
线程是进程的一个执行单元，是进程内部调度实体，是比进程更小的独立运行的基本单位。线程被称为轻量级进程。
一个程序至少一个进程，一个进程至少一个线程。
每个进程都有自己的进程空间，即进程空间，在网络和多用户环境下，一个服务器通常需要接受大量不确定的数量的用户的并发请求，为每一个用户创建一个进程行不通（进程所需要的资源大），因此操作系统引进线程的概念。
线程的执行过程是线性的，尽管其中会发生中断或者暂停，但是该进程资源只为该线性资源服务，一旦发生线程切换，这些资源就会保存起来。
进程分为单线程和多线程，单线程进程宏观上来说也是线性执行过程。多线程宏观上是线性执行，微观上是并行。
线程的改变，只是cpu的执行过程的改变，而没有发生进程所拥有的资源的变化。
(2) 线程比进程具有哪些优势？
地址空间：同一进程的线程共享本进程的地址空间，而进程之外则时独立的地址空间。
资源拥有：同一进程的线程共享本进程的资源，不同进程之间的资源独立。
一个进程崩溃后在保护模式下不会对其他进程产生影响，但进程里的一个线程崩掉，整个进程死去。因此多进程比多线程健壮。
进程的切换所需要的资源大，时间效率低。因此涉及到频繁的切换使用线程要优于进程。同时如果需要同时进行并且共享某些变量的并发操作，只能用线程不能用进程。
执行过程：每个独立的进程都有一个程序运行的入口、顺序执行序列和程序入口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制。
线程是处理器调度的基本单位，但是进程不是。
两者均可并发执行。
优缺点：
线程执行开销小，但是不利于资源的管理和保护。线程适合在SMP机器（双CPU系统）上运行。
进程执行开销大，但是能够很好的进行资源管理和保护。进程可以跨机器前移。
(3) 什么时候用多进程?
对资源的管理和保护要求高，不限制开销和效率时，使用多进程。
要求效率高，频繁切换时，资源的保护管理要求不是很高时，使用多线程。
(4) LINUX中进程和线程使用的几个函数？
进程相关函数：
（1）获取进程号：

 pid_t getpid(void);

头文件：sys/types.h、unistd.h 该函数成功时返回当前ID，该函数always successful。
（2）获取父进程号

 pid_t getppid(void)

头文件sys/types.h、unistd.h
（3）进程创建

pid_t fork(void)

头文件：sys/types.h、unistd.h
功能：在当前进程中创建一个进程，与父进程共享代码段，复制父进程的堆栈段和数据段，子进程复制父进程，然后执行fork()后的代码。向父进程返回创建进程的进程号，在子进程中返回0。
返回值：fork返回给父进程所创建进程的进程号，然后返回创建成功标志值为0，失败-1或者errno
（4）进程退出

void exit() //value为0代表正常退出，非0（一般1或-1）表示非正常退出，一般会有对应情况

父进程：exit(0)和return(0)
子进程：exit(0)

return和exit的区别是exit停止进程并且value表示进程退出状态，return是函数返回的标志可以返回多种数据类型

exit()（库函数；sdtlib.h）和_exit(系统调用;unistd.h)：终止进程以后，_exit()缓冲区不被保存，exit()缓冲区被保存

exit函数作用：进程停止运行之前，检查文件打开情况，把文件缓冲区内容写回文件。，清除其使用的内存空间，并清除其在内核中的各种数据结构。
缓冲I/O，对应每一个打开的文件，在内存中都有一片缓冲区，每次读文件，连续读出若干条记录，这样在下次读文件时就可以直接从内存缓冲区读取；每次写文件写入内存缓冲区，等满足一定条件，将缓冲区内容一次性写入文件。
僵尸进程：几乎放弃所有的内存空间，没有任何执行代码，也不能被调度，仅仅在进程列表中保留一个位置，记载该进程的退出状态供其他进程收集，除此之外，僵尸进程不再占有任何内存空间

（5）进程等待函数

pid_t wait(int *status)

头文件：sys/type.h;sys/wait.h
功能：挂起调用他（现在）的进程，直到子进程结束，然后才接着运行该进程
返回值：成功返回终止的那个进程的id，失败返回-1
参数：记录进程退出的状态（正常/异常退出）

pid_t waitpid(pid_t pid ,int *status,int options)

头文件：sys/type.h;sys/wait.h
参数：pid >0：等待进程ID为pid的子进程
=0：等待同一进程组中的任何子进程
=-1：等待任一子进程，此时和wait一样
<-1:等待绝对值为pid的进程组的任一子进程
options 0：和wait一样，阻塞父进程等待子进程；WNOHANG：如果pid指定的子进程没有结束，则waitpid()函数立即返回0，而不是阻塞在这个函数上等待；如果结束了，则返回该子进程的进程号。

（6）执行进程

    int execl(const char*path,const char *arg,....)

所属库：unistd.h
函数功能：运行可执行文件
返回值：成功无返回值，失败返回-1或者错误信息指针
参数：path：可执行文件路径(如liux的命令路径，如ls的路径)；arg：可执行文件（既可以是二进制文件，也可以是Linux下任何可执行脚本文件）所需要的参数
与fork()比较，保留原有进程，执行新代码。占用原有进程的巢穴，将其代码段覆盖
exec族函数：根据指定的文件名或目录名找到可执行文件，并用它来取代原调用进程的数据段、代码段和堆栈段，在执行完之后，原调用进程的内容除了进程号外，其他全部被新程序的内容替换了。

（7）system
system（调用/bin/sh来执行参数指定的命令，file父进程为bash，即linux的sh命令解析器）

    int system(const char *file)

头文件：stdlib.h
功能：fork+execl，fork建立子进程，用excel函数根据参数file找到并执行可执行文件
返回值：对于fork失败，system()函数返回-1。 如果exec执行成功，也即command顺利执行完毕，则返回command通过exit或return返回的值.如果exec执行失败，也即command没有顺利执行，比如被信号中断，或者command命令根本不存在，system()函数返回127. 如果command为NULL，则system()函数返回非0值，一般为1.
system和execl相比，system不再是当前的进程
用处:a. 当进程认为自己不能再为系统和用户做出任何贡献时，就可以调用任何exec 函数族让自己重生。
b. 如果一个进程想执行另一个程序，那么它就可以调用fork函数新建一个进程，然后调用任何一个exec函数使子进程重生。

（8）进程挂起

    unsigned int sleep(unsigned int seconds)

头文件：#include
函数说明：sleep()会令目前的进程暂停, 直到达到参数seconds 所指定的时间, 或是被信号所中断。sleep结束后被挂起的进程不一定马上执行，还是切换到就绪态等待CPU
返回值：若进程/线程挂起到参数所指定的时间则返回0，若有信号中断则返回剩余秒数。
void usleep(unsigned long usec)//单位为us
由于linux调度是毫秒级，所以usleep不太准
线程相关函数：
（1）线程创建函数

#include 
int pthread_create(pthread_t *restrict tidp, const pthread_attr_t *restrict attr, void *(*start_rtn)(void), void *restrict arg); 

pthread_t *restrict tidp, //是一个传出参数，用于保存成功创建线程之后对应的线程id
const pthread_attr_t *restrict attr, //线程属性，默认为NULL，如果想使用具体的属性也可以修改具体的参数
void (start_rtn)(void), //指向创建线程所执行函数的入口地址，函数执行完毕，则线程结束。
void *restrict arg); //线程主函数执行期间所使用的参数
ret-成功返回0 失败返回错误编号。注意：由于创建线程函数是一个库函数，不是系统调用函数。所以其错误信息不能用perror()进行打印，采用strerror(错误号)可以将错误信息打印出来。其中strerror函数是包含#include之中的一个库函数。
（2）获取线程自身ID

#include 
pthread_t pthread_self(void);

ret-调用线程的线程ID，返回值为一个无符号长整型
说明：线程id是在一个进程中的内部标识，但不同进程中的线程id可能相同。进程与进程中线程的代码运行按时间先后顺序
（3）比较两个线程ID

#include 
int pthread_equal(pthread_t tid1, pthread_t tid2);

ret-若相等则返回非0值，否则返回0值

（4）单个线程退出

#include 
void pthread_exit(void *rval_ptr);//rval_ptr是一个无类型指针，与传递给启动例程的单个参数类似，进程中的其他线程可以通过调用pthread_join函数访问到这个指针；

返回值：无返回值，跟进程一样，线程结束的时候无法返回到它的调用者（自身）

（5）等待线程结束函数

#include 
int pthread_join(pthread_t thread, void **rval_ptr);//thread:被等待的线程标识符ID;rval_ptr:一个用户定义的指针，它可以用来存储被等待线程的返回值 

ret-成功返回0 否则返回错误编号
调用线程一直阻塞，直到指定的线程调用pthread_exit，从启动例程中返回或者被取消；如果线程(指调用的在等待的pthread)只是从调用它等待它的例程中返回，rval_ptr将包含返回码；如果线程被取消，由rval_ptr指定的内存单元就设置为PTHREAD_CANCELED.如果线程已经处于分离状态，pthread_t就会调用失败，返回EINVAL。如果对线程的返回值不感兴趣，可以吧rval_prt设置为NULL。这种情况下，调用pthread_join将等待线程终止，但不获取线程的终止状态。
分离状态说明：在默认情况下线程是非分离状态的，这种情况下，原有的线程等待创建的线程结束。只有当pthread_join（）函数返回时，创建的线程才算终止，才能释放自己占用的系统资源。而分离线程不是这样子的，它没有被其他的线程所等待，自己运行结束了，线程也就终止了，马上释放系统资源。

说明：这个函数是一个线程阻塞的函数，调用它的函数将一直等待到被等待的线程结束为止，当函数返回时，被等待线程的资源被收回

（6）线程取消

#include 
int pthread_cancel(pthread_t tid);// thread 要取消线程的标识符ID

ret-成功返回0 失败返回错误码
功能：取消某个线程的执行。调用了参数是PTHREAD_CANCELD的pthread_exit函数，但是，线程可以选择或者忽略、或者立即终止、或者继续运行至Cancelation-point（取消点:会引起阻塞的系 统调用）。函数并不等待线程终止，它仅仅是提出请求。线程接收到CANCEL信号的缺省处理（即pthread_create()创建线程的缺省状态）是继续运行至取消点才会退出。

（7）分离释放线程（由系统回收线程所占资源）

#include 
int pthread_detach(pthread_t thread); // thread 要释放线程的标识符ID

返回值：若是成功返回0,否则返回错误的编号
说 明：linux线程执行和windows不同，pthread有两种状态joinable状态和unjoinable状态。一个线程默认的状态是joinable，如果线程是joinable状态，当线程函数自己返回退出时或pthread_exit时都不会释放线程所占用堆栈和线程描述符（总计8K多）。只有当你调用了pthread_join之后这些资源才会被释放。若是unjoinable状态的线程，这些资源在线程函数退出时或pthread_exit时自动会被释放。unjoinable属性可以在pthread_create时指定，或在线程创建后在线程中pthread_detach自己, 如：pthread_detach(pthread_self())，将状态改为unjoinable状态，确保资源的释放。如果线程状态为joinable,需要在之后适时调用pthread_join。

（8）线程清理处理函数

#include 
void pthread_cleanup_push(void(*rtn)(void*), void *arg);//rtn为清理函数，arg为清理函数的参数
void pthread_cleanup_pop(int execute); //调用删除上次push的清理程序

当线程执行以下动作时调用清理函数：
a. 调用pthread_exit;
b. 想用取消请求；
c. 用非零的execute参数调用pthread_cleanup_pop;如果execute=0则函数不被调用；
注意正常从线程返回（return）的时候，不会调用该清理函数；

(5) 线程同步？
在Windows下线程同步的方式有：互斥量，信号量，事件，关键代码段
在Linux下线程同步的方式有：互斥锁，自旋锁，读写锁，屏障(并发完成同一项任务时，屏障的作用特别好使) 知道这些锁之间的区别，使用场景？
互斥锁：（线程锁）互斥所保证任何时刻只有一个线程访问该对象。
自旋锁：一次只有一个线程进入临界区，其他线程等待（读写锁是自旋锁的一个特例）
读写锁：多个读者可以同时读；写者必须互斥；写者优于读者。
屏障：屏障（barrier）是用户协调多个线程并行工作的同步机制。屏障允许每个线程等待，直到所有的合作线程都达到某一点，然后从该点继续执行。目前定义的屏障属性只有进程共享属性
进程间的通信方式：1.管道（无名管道）
特点：半双工、只能用于具有亲缘关系的进程（父子、兄弟进程）、可以将它看成一种文件，可以用write和read等函数对他进行操作，但是它不输于任何文件系统，并且只存在于内存中
2.FIFO （命名管道，它是一种文件类型）
特点：FIFO可以在无关的进程之间交换数据、FIFO有路径与之相连，它以一种特殊的文件形式存在于文件系统之中。
FIFO的通信方式类似于在进程中使用文件来传输数据，只不过FIFO类型文件同时具有管道的特性。在数据读出时，FIFO管道中同时清除数据，并且“先进先出”。
3.消息队列
消息队列，是消息的链接表，存放在内核中。一个消息队列由一个标识符（即队列ID）来标识。
特点：消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级、消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容并不会被删除、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。
4.共享内存（Shared Memory）
指两个或多个进程共享一个给定的存储区。
特点：共享内存是最快的一种 IPC，因为进程是直接对内存进行存取、因为多个进程可以同时操作，所以需要进行同步、信号量+共享内存通常结合在一起使用，信号量用来同步对共享内存的访问。
5.信号量（semaphore）
特点：信号量用于进程间同步，若要在进程间传递数据需要结合共享内存、信号量基于操作系统的 PV 操作，程序对信号量的操作都是原子操作、每次对信号量的 PV 操作不仅限于对信号量值加 1 或减 1，而且可以加减任意正整数、支持信号量组。
匿名管道与命名管道的区别：
匿名管道是半双工的，数据只能往一个方向流动。匿名管道只能用于有亲缘关系的进程之间进行通信。
命名管道不同于匿名管道有一个路径名与之相连，以FIFO的形式存在于文件系统中。
相比于匿名管道，命名管道有以下特点：

1. 既可用于本地，又可用于网络。
2. 可以通过它的名称而被引用。
3. 支持多客户机连接。
4. 支持双向通信。
5. 支持异步重叠I/O操作
   常见的信号有哪些？
   SIGINT，SIGKILL(不能被捕获)，SIGTERM(可以被捕获)，SIGSEGV，SIGCHLD，SIGALRM