操作系统笔记

进程和线程的区别

• 进程是操作系统资源分配的最小单元，线程是操作系统调度的最小单元
• 不同进程之间空间是独立的，一个进程的奔溃不会对其他的进程产生影响，而一个线程的奔溃会导致整个进程的奔溃
• 线程自己不拥有任何系统资源，但是可以访问它隶属进程的全部资源，多个线程是共享内存的
• 线程执行的开销小，但是不利于资源的保护和管理，进程相反

进程间的通信方式(IPC, Inter-Process Communication)

管道pipe

管道是在内核中申请一块固定大小的缓冲区，用于具有亲缘关系的父子进程间的通信，半双工的通信方式，数据只能单向流动

命名管道FIFO

具有管道的功能，还允许无情缘关系的进程间的通信

信号

用于通知接收进程某个事件已经发生

消息队列

消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识，消息队列克服了信号传递信息少，管道只能承载无格式字节流和缓冲区大小受限的缺点。

共享内存

使得多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据的更新

信号量

进程之间及同一个进程间的不同线程同步和互斥手段

套接字

用于网络中不同机器之间的进程间的通信

用户态和内核态的区别

• 用户态和内核态是操作系统的两种运行级别
• 程序运行在3级特权级上时，称为运行在用户态，是最低特权级；程序运行在0级特权级上时，称之为运行在内核态
• 用户态执行时，进程所能访问的内存空间受到限制，其所占有的CPU是可被抢占的；处于内核态执行时，能访问所有的内存空间，占有的CPU不可被抢占
• 用户态转内核态有三种情况，系统调用，异常，外围设备的中断，系统调用是用户进程主动发起的，异常和外围设备的中断是被动的。

虚拟内存

• 逻辑地址：CPU所生成的地址，逻辑地址是操作系统给进程分配的地址，这些地址看起来是连续的，实际上是虚拟的，并不真实存在
• 物理地址：加载到内存地址寄存器中的地址，也就是内存单元的真正地址。
• 虚拟内存给每一个进程提供了一致的地址空间，简化了内存管理，保护了每个进程的地址空间不被其他进程破坏。
• 虚拟内存使得我们可以加载比真实的物理内存要大得多程序，通过页表数据结构将虚拟页映射到物理页(内存的物理页和磁盘的物理页)
• 当加载的逻辑地址通过页表发现其是映射在硬盘中的地址时，会产生一个缺页中断，就会将硬盘上的页加载到内存中，如果内存中有空闲块，则分配一个块，如果没有空闲块，则会进行淘汰页(页面置换)
• 页面置换算法有：最佳置换算法，先进先出，最近最久未使用LRU

IO

先来说明一下同步/异步，阻塞/非阻塞
同步：当一个请求发送出去后，调用者要一直等待调用结果的通知后，才能进行后续的执行
异步：当一个请求发送出去后，调用者不能立即得到调用结果的返回，要想获取结果，可以通过主动轮询方式或者等待被调用方通过回调callback的方式来通知调用方

阻塞和非阻塞的区别在于进/线程等待消息时候的行为，也就是说在等待消息的时候，当前进/线程是挂起状态还是非挂起状态
阻塞：在发送请求后，在消息返回之前，当前进/线程会被挂起，直到有消息返回，当前进/线程才会被激活
非阻塞：在发送请求后，不会阻塞当前进/线程，而会立即返回。

同步与异步，重点在于消息通知的方式，是否得到最终的结果
阻塞和非阻塞，重点在于等消息时候的行为，是否等待
java中几种IO
BIO：同步并阻塞，一个连接一个线程，
NIO：同步非阻塞，一个请求一个线程
AIO：异步非阻塞，一个有效请求一个线程，需要由操作系统来完成IO请求再通知服务器启动线程处理。

select poll：
当连接有I/O流事件产生的时候，就回去唤醒进/线程处理，但是不知道是哪个连接产生的I/O，只能遍历所有连接来判断
epoll：
当连接有I/O流事件产生的时候，epoll会通知进/线程是哪个连接产生的，不需要遍历

select poll和epoll的区别是epoll是基于事件驱动，通过回调函数的形式通知，避免了select poll的轮询的方式。