操作系统知识

进程和线程

一、概念
进程：程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。
线程：系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有操作系统资源，但是该线程可与同属进程的其它线程共享该进程所拥有的全部资源。

二、关系
（1）一个进程可以有多个线程，这些线程能够并发执行；进程至少有一个线程。
（2）进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位；进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享进程的内存。
（3）进程执行的系统开销远大于线程执行的开销。

进程间通信

Linux：管道、消息队列、共享内存、信号、socket。
Windows：管道、共享内存、socket。

一、管道
通过创建一个数据缓冲区来存储数据，通过系统API实现。
匿名管道：单向通信、字节流通信、有大小限制、先进先出、用于具有血缘关系的进程间通信（通常是父子进程间使用）。
命名管道：双向通信、字节流通信、有大小限制、先进先出、不同进程间使用、同一网络的不同电脑上的进程间使用。

二、消息队列
消息队列的本质就是存放在内存中的消息的链表，而消息本质上是用户自定义的数据结构。如果进程从消息队列中读取了某个消息，这个消息就会被从消息队列中删除。
双向通信、自定义数据通信、有大小限制、随机读取；消息队列的生命周期随内核需要主动释放。

三、共享内存
将不同进程的虚拟内存地址映射到相同的物理内存地址，Windows通过FileMapping文件映射实现，Linux通过tmpfs共享内存文件实现。
通信效率高、没有提供同步机制（需要结合信号量使用）。

四、信号
Linux系统中，一个进程可以在任何时候发送信号给另一进程，一旦有信号产生对信号的处理方式有几种：执行默认操作（例如终止进程）、处理信号、忽略信号。

五、socket
利用网络通信进行进程间通信，支持不同电脑间通信。

六、其他
（1）Windows界面程序还可以通过WM_COPYDATA进行进程间通信。

进程间/线程间同步

Linux：互斥量、信号量、条件变量。
Windows：互斥量、信号量、事件、临界区。

一、互斥量
采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限。因为互斥对象只有一个，所以可以保证公共资源不会被多个线程/进程同时访问。适用上比较简单，通过加锁、解锁就能实现同步。Windows通过Mutex系列接口实现，Linux通过pthread_mutex系列接口实现。

二、信号量
信号量就是⼀个计数器，使用系统提供的一系列接口，可以实现不同进程对计数器变换的信号触发和等待，实现进程间同步。
Windows通过Semaphore系列接口实现，Linux通过sem系列接口实现。

三、事件/条件变量
事件本质上是一个系统信号，发生了某件事情后，发一个信号给其它关心这件事情的线程。从事件的本质上来看，事件不是为了资源保护的，而是为了线程间通知用的。事件不会对共享资源加锁，但也会使线程阻塞，没有触发事件线程就会进入阻塞状态直到事件触发。
事件是Windows下的概念，通过Event系列接口实现；Linux下的条件变量和事件的机制相同，通过pthread_cond系列接口实现。

四、临界区（关键代码段）
一段独占对某些共享资源访问的代码，在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问，其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起，一直持续到进入临界区的线程离开。同一个线程可以多次进入临界区，但是进入几次就要离开几次。
不适用于进程间同步，由于不涉及系统内核对象，速度快，通过CriticalSection系列接口实现。