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进程和线程的概念

进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行的过程。进程是系统进行资源分配的单位，实现的操作系统的并发。

线程是比进程更小的能独立运行的单位，是??调度的基本单位，实现了进程内部的并发。线程成为了程序执行流的最小单位。

进程状态转换图

1. 创建状态：进程正在被创建。

2. 就绪状态：进程已经分配到了除??之外的所有资源，只要分配到??就可以开始运行。

3. 运行状态：进程已经获得?，正处于运行状态。

4. 阻塞状态：正在执行的进程正在等待某一事件而暂时不能运行。

5. 终止状态：进程运行完毕，操作系统完成撤销进程的相关工作，并将??归还给系统。

当有多个进程请求资源时，就会造成内存资源紧张，所以操作系统还存在一种挂起操作：将进程交换到外存去，使进程进入挂起状态。

1. 活动就绪：进程在内存，处于就绪状态，还需要?。

2. 静止就绪：进程在外存，处于就绪状态，还需要调入到内存和?。

3. 活动阻塞：进程在内存，但由于某种原因被阻塞了。

4. 静止阻塞：进程在外存，但由于某种原因被阻塞了。

进程切换

1. 切换页目录，使用新进程的虚拟地址空间。

2. 保存当前的??环境、硬件上下文，并导入新进程的的??环境、硬件上下文。

进程和线程的区别

1. 一个线程属于一个进程，依赖于进程而存在。一个进程可以包括多个线程，但至少包括一个线程。

2. 进程是系统资源分配的最小单位，线程是??调度的最小单位。

3. 不同进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而同一进程内多个线程共享进程内存。所以一个线程的意外会造成同一进程内其他线程的终止，而进程之间不会互相影响。

4. 进程切换时，涉及整个程序的??环境保存和新调度进程的??环境配置。线程切换时，只需要保存少量内容，所以进程切换的系统开销更大。

5. 进程通信时，由于它的空间独立性决定了它的通信需要通过操作系统。而线程通信时，由于多线程同享内存导致了线程之间的通信比较容易，不需要通过操作系统。

有了进程为什么还要线程

进程可以提高系统的并发性和资源的利用率，但还是存在一些缺点的：

1. 比如一个进程一时间只能做一件事。比如只有进程的话??无法同时完成传输文件、视频聊天。

2. 进程在执行过程中被阻塞时，整个进程就会挂起，那么进程中有些不依赖于等待资源的工作也不会执行。比如浏览器想要打印某个页面时，打印机被占用，那么浏览器也无法提供别的服务。

为了解决这些缺点，所以引入了线程作为进程内并发执行的更小单元，从而减少程序在并发执行过程中所付出的时空开销。

进程之间的同步方式

各个进程拥有自己独立的内存空间，为了保证安全，一个进程不可以直接访问另一个进程的内存空间。但进程之间的通信是必不可少的，所以有以下方式完成进程之间的通信：

1. 管道通信

• 管道通信分为普通管道和命名管道。普通管道可用于有亲缘关系进程之间的通信，命名管道还允许无亲缘关系进程之间的通信。

• 管道上数据是单方向传输的，想要完成双向通信需要两个管道。

3. 消息

• 将通信的数据封装在消息中，通过消息来完成通信。消息的通信方式有两种：

1. 直接通信方式，将消息直接发送给对方进程。

2. 间接通信方式，双方都通过共享中间实体来完成对消息的法松和接收。

3. 信号量

• 信号量本质上是一个计数器，用来完成进程的互斥和同步，比如??操作。

8. 共享内存

• 不同进程可以访问同一块内存，共享内存是临界资源。共享内存直接从内存中读取数据，不需要从用户态到内核态的切换，是最快的一种方式。

线程之间的同步方式

1. 临界区：多线程访问公共资源，速度快。

2. 互斥量：控制多个进程对他们之间共享资源的互斥访问。由于资源只有一个，所以不能被多个线程同时访问。

3. 信号量：允许多个线程访问同一资源，但同一时刻访问该资源的线程有最大的数目限制。

线程之间哪些是共享的

1. 堆区，堆是进程开辟出来的，多线程共享这部分资源。

2. 全局变量和静态变量，和特定线程无关，所以也是共享的。

3. 文件等公共资源，使用这些公共资源的线程必须同步。

线程需要保存哪些上下文

线程在切换过程中，需要保存当前线程?、线程状态、堆栈、寄存器状态等信息。寄存器状态主要包括：

1. ：堆栈指针，指向当前栈的栈顶指针。

2. ：程序计数器，存储下一跳将要执行的指令。

3. ：累加寄存器，用于加法乘法的缺省寄存器。

游戏服务器应该为每个用户开辟一个线程还是一个进程

进程。因为同一进程内的线程会相互影响，所以如果一个用户的线程死掉了，其他用户的游戏也会崩溃。所以应该为每个用户开辟一个进程，使用户之间不会相互影响。

多进程和多线程的使用场景

多线程模型适用于??密集型场合。因为经常会因为??阻塞来切换线程，而线程切换的系统开销比进程切换小。

多进程模型适用于需要频繁计算的场合。

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