Linux 基础之进程、线程、纤程和中断

进程和线程

• 进程 是 OS 分配资源的基本单位。一个进程对应一个端口号， OS 会为每一个进程 独立分配一部分资源，最重要的资源是独立的 内存空间。
• 线程 是 CPU 执行 调度 的基本单位。

一个程序可以启动多个不同的进程，如 QQ.exe 可以多个；一个进程也可以启动多个线程，不同的执行路径就是线程。（《linux 内核设计与实现》可以看懂）

线程与进程最重要的区别：线程共享进程的内存空间，它没有独立的内存空间。（所以并发中需要考虑竞争问题）

线程在不同操作系统中实现不一样。linux 中的线程就是一个进程，它是 fork 出来的，相当于 clone 出来一个进程但共享同一个系统资源；其他操作系统中线程叫 LWP（Light Weight Process）轻量级的进程。

（内核还有自己启动的线程叫“内核线程”，它不是用户空间启动起来的，与用户程序没有关系，是内核的。）

纤程

纤程：也有人称作 fiber，Go 中叫 Goroutine（协程），它是 用户空间 的“线程”。

JVM 运行在用户空间，当它 new 一个 Thread 时，会对应在 OS 中起一个线程（内核空间），所以这叫重量级线程。所以 JVS 中的一个线程映射到内核中的一个线程（这种在其他地方可能是一对多的）。而纤程则是在用户态有多条（如在 JVM 层级去协调调度）。所以，

纤程的好处：在 用户态，不与内核打交道，所以更快，存在的个数也更多（几万、几十万个都行）。

具体优势：

• 1. 占用资源少。一个真正的线程占内核大概 1M 的空间，而纤程只占 4k 的空间。
• 2. 切换简单。
• 3. 启动 10w+ 没问题。

内部实现：用户程序可以自己实现一个栈，自己实现调度。

实现纤程的语言：Go、Kotlin、Python(lib)。Java 在类库中有，但不成熟。

进程

linux 中一个进程也叫 task。
资源：独立的地址空间、内核数据结构（PCB）、全局变量、数据段……
linux 中有个 数据结构 叫 PCB，Process Control Block 进程描述符，每一个进程都有一个它，linux 管理的时候就使用它，将详细的进程信息都放在这个结构里面。

僵尸进程

当 A fork 出 B、C、D 时，A 为 B、C、D 的父进程。子进程不会去主动释放资源，而是由父进程去管理的。

当子进程结束后，父进程没有将对应子进程的 PCB 释放，那子进程就是僵尸进程，它只有一个 PCB（数据结构）。

僵尸进程没关系，没什么影响。如果多了才有影响（自己用 C 语言再考虑吧）。

孤儿进程

子进程还没执行完，父进程退出了。孤儿进程会成为 init 进程的孩子，由 1 号进程维护。

孤儿进程也没什么影响。会由 init 去管理、释放资源。

进程（任务）调度

linux 可以给不同的进程实行不同的调度方案。

从 单任务（独占） 到 多任务（分时） ，原则：压榨 CPU 资源。

多任务

• 非抢占式：除非进程让出 CPU，其他进程就没机会执行
• 抢占式：由进程调度器强制开始或暂停（抢占）某一进程的执行。

进程调度实现

linux 2.5 经典的 Unix O(1) 调试策略，偏向服务器，但交互不友好。为什么呢，它的策略是 相等的时间片轮转，比如将每个任务分配 10ms，一直在轮转执行。“交互不友好”就是在交互的进程与后台进程有同样的比例，看上去公平，其实不公平。

linux 2.6 采用 CFS 调度策略，叫 完全公平的调度策略（Completely Fair Scheduler）。它的“公平”是按优先级来分配 时间片的比例，如果一个进程的执行时间不到它应该分配的比例，优先级就会变高。

进程调度.png

默认的调度策略

• 实时进程 > 普通进程
• 实时中 FIFO > RR (Round Robin)
• 普通进程的策略是 CFM（完全公平调度策略）

默认调度策略.png

中断

是 硬件 与 操作系统 通信 的一种机制。

如果 CPU 正在运算，那也需要进行其他处理，比如你使劲敲键盘，这个时候就发生一个中断。
只要有硬件上的事件，都需要优先执行，都需要中断。

中断 -> 中断表 -> 对应程序 -> 放入 CPU

中断还分软中断，上面的可以说是硬中断。软中断是 0x80 级中断，是软件发起的中断。