操作系统之进程管理
进程 线程 纤程 中断
高频面试题：进程和线程的区别？
口语化回答：进程就是在内存中运行起来的程序，而线程是进程中的的执行路径。
专业回答：进程是操作系统分配资源的基本单位，线程是操作系统执行调度的基本单位。最重要的是，每个进程有独立的内存空间，由线程调度执行。进程和线程最重要的区别是，线程共享进程的内存空间，没有自己独立的内存空间。
进程
Linux 中也成为 task，是系统分配资源的基本单位。
资源包括：独立的地址空间、内核数据结构（进程描述符…）、全局变量、数据段【请背过】
进程描述符PCB
每一个进程都有自己的进程描述符PCB（Process Control Block），我们刚才说过线程在Linux中也是普通的进程，所以线程也有自己的PCB。只不过有的PCB里面记录着和别人共享的空间，有的是自己独立的空间，就这么点区别，其他的没有了。
内核线程（了解即可）
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进程的创建和启动
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系统函数：Linux 是拿 C 写的，它对外提供了一些接口，比方提供了一个函数叫 fork()，调用它就可以启动一个进程。并且进程自己没办法释放自己的PCB，需要调用者手动释放。
从A中fork了B的话，A称之为B的父进程
僵尸进程、孤儿进程
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僵尸进程
特点：僵尸进程只占PCB
僵尸进程一般没有什么影响，因为这个进程整个都结束了，无非就是在它的父亲那里还挂了一个名，也就是PCB，实际上和这个进程相关的资源全都已经释放了，也就是基本不再占任何资源了，他在内存中唯一所占的资源就是那个PCB了，它的父进程不释放它。
当然僵尸进程是可以手动释放的，可以使用 wait() 方法来释放这个进程。
僵尸进程是怎么产生的呢？一般情况下，它的父进程可能是deamon守护进程，然后由于操作上问题没有释放子进程PCB，导致了子进程成了僵尸进程。僵尸进程上面说了，一般只有PCB这么一块数据没有释放，一般情况下不会有什么影响，但是一旦僵尸进程多了，累积起来肯定还是有影响。
孤儿进程
僵尸进程是指子进程还没结束，父进程就已经退出了。我们上面说过子进程是无法释放自己的PCB的，而它的父亲已经推出了，也就相当于子进程没有爹了，没有人帮它释放PCB了。这时候系统是怎么处理的呢？一般情况下，会交给某个特殊的进程（init进程）去处理，他就是所有孤儿的爹。
产生了孤儿进程之后会有什么影响吗？其实没有任何影响，哈哈哈哈哈。顶多他就是换了一个爹嘛。
进程的调度
内核进程调度器决定：
- 该哪一个进程运行？
- 何时开始？
- 运行多长时间？
调度的方案也有很多，并且执行方式也可以非常灵活，以 Linux 为例子，Linux 可以为某个进程执行特定的调度方案。所以在 Linux 里面有一个很重要的概念：某一个进程都有自己专属的调度方案，而且这个调度方案还是可以自定义的。
进程调度基本概念
进程类型：
- IO密集型：大部分时间用于等待IO操作（等待网络IO）
- **CPU密集型 **：大部分时间用于闷头计算
进程的优先级
- 实时进程（级别：0 ~ 99）数字越大级别越高
- 普通进程 nice值（-20 ~ 19）
实时进程的优先级永远大于普通进程，只要实时进程在运行，普通进程就没有运行的机会
时间分配
- linux 采用按优先级的CPU时间比
- 其他操作系统多采用按优先级的时间片
多任务调度策略
- 非抢占式：除非进程主动让出CPU，否则将一直运行
- 抢占式（主流）：由进程调度器强制开始或暂停（抢占）某一个进程的执行
Linux默认的调度策略
- 对于实时进程：使用两种策略 SCHED_FIFO（先进先出） 和 SCHED_RR（轮询）
其中等级最高的是 FIFO ，这种进程除非自己让出CPU否则Linux会一直执行它，除非更高等级的 FIFO 和 RR 抢占它
RR只有这种线程中是同等级别 FIFO 中的平均分配 - 对于普通进程：CFS（绝对公平算法）
刚才说过了，实时进程的优先级是远大于普通进程的，有实时进程在运行，普通进程永远得给我等着。
Linux的进程调度
Linux2.5 经典Unix O(1) 调度策略，偏向服务器，但对交互不友好
Linux2.6.23 采用CFS 完全公平调度算法Completely Fair Scheduler
线程 Thread
操作系统级别线程是如何实现的，每一个不同的操作系统，它的线程实现是不太一样的。
Linux 中的实现
在Linux里，线程和进程没有太大的区别，只不过和其他进程共享资源（内存空间 全局数据等…）
Linux里，可以通过 fork 指令起一个新的进程pid，并且完全可以把原来有的内存空间共享给新的进程
其他操作系统
在例如 Windows 里面，线程都是Light Weight Process，叫做轻量级进程。
纤程 Fiber
线程可以理解为线程中的线程，也就是在用户空间的一个线程。
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怎么来理解这个 Fiber，我们的 JVM 是跑在用户态的，操作系统是跑在内核态的。在 JVM 里面的 Thread 对象是怎么实现的呢？就是起一个操作系统级别的线程，也就是 LWP。在 JVM 空间的一个线程，对应着操作系统空间的一个 LWP 进程。但 LWP 不等于线程，只不过 JVM 使用操作系统的 LWP 来实现线程的功能。目前来说 HotSpot 的线程和操作系统的LWP是一对一。
纤程可以理解为线程的线程，就是线程里的一条条可执行路径，线程里的所有纤程共享线程对应的LWP。
为什么又要有纤程啊？
因为纤程是在用户空间的。它不需要和操作系统内核打交道，它启动的时候，也不需要操作系统再起一个对应的LWP。操作系统能够起的线程没有多少，以目前的配置来讲，起10000个线程已经卡顿的不行了，CPU的性能都花在线程切换上了。而纤程的切换是在用户空间发生的，我甚至不需要和硬件打交道，我只需要在我的用户空间里面，跟我的某一个JVM的线程，在它的内部就可以完成了，它切换起来的速度也特别快，也非常的轻量级。它能启动的数量是多少，几万个，甚至几十万个，都是可以的。
纤程和JVM里的线程对应关系是，多对一。
优点总结
1、跑在用户态，线程中的线程，切换和调度不需要经过操作系统OS
2、占用的资源很少（操作系统要起一个线程，前前后后要为它配的资源空间大概由1M）纤程只需要4K空间。
3、由于它非常的轻量级，切换起来比较简单，并且可以启动很多个（10万+没有问题）。想想看起10万个线程是什么概念，里面所有的资源都花在线程切换上了。
纤程和线程的区别
纤程是跑在用户空间的，由JVM自己管理自己切换；而线程由操作系统内核管理，是跑在内核空间的，JVM只负责和内核进行通信，由内核来进行线程的管理和切换。
再具体一点就是，线程的调用，涉及到用户态和内核态之间的通信，以及内核级别的线程上下文之间的切换；而纤程只在用户态，只涉及用户态级别的纤程上下文切换。
纤程的具体实现
实现方式和线程基本是一样的，它也有自己的纤程栈，包括上下文切换方式，都是可以参照纤程来实现。
目前支持内置线程的语言
- kotlin、scala、go、python（）、Java目前还不支持（Java openJDK里面有个项目）
纤程的应用场景
纤程用在什么地方呢，就是很短的计算任务，不需要和内核打交道。我只需要做计算任务，并且时间非常的短，我在用户空间就足以完成了，不需要在内核空间切换来切换去。
纤程 vs 线程池
纤程主要的优势就在于并发量，以及并发效率。
中断
所谓中断，就是打断内核，让内核放弃当前正在做的任务，来给到你响应，比如你键盘上敲了一个键，或者你的程序想要进行网络通信，内核对你发出请求的一种响应机制。中断说白了，是一种信号，内核基于你的信号会做出相应的响应。中断分硬中断和软中断。
硬中断
硬中断就是硬件给的中断，比如键盘、网卡、打印机等等这些个硬件产生的中断，叫做硬中断。1号中断–键盘，2号中断–网络，3号中断–硬盘。
软中断
软中断就是软件产生的中断，什么时候软件会给中断呢？就是我要和内核打交道的时候，我要做任何系统调用的时候，我做任何的系统调用，都要打断内核·。比方说你的程序想向硬盘读数据，这个IO操作只有内核能做，所以你的程序必须和内核打交道，说“嘿老铁，给我从硬盘上读个文件呗！”这就会产生一个软中断。
软中断比较特殊，是十六进制的80号中断–0x80 或者叫 80H。所有软件产生的中断都是 80中断。80中断 对应着一堆的函数（大概有 200 多个函数）。产生软中断，就是在对内核说“老铁，不好意思，打断你一下，我要调用系统函数啦，所以我给你一个 80信号”。站在内核的角度就是说“噢，有个哥们给了我一个 80信号，它一定是要调用我 200 多个函数中的一个。接下来你得告诉我你要调的是哪个函数，比方说你要调用的是1号函数，那么我就查这个表，1号函数是 read。好的，那你再把参数传给我吧”。好知道函数和参数之后，内核稀里哗啦一执行，执行完之后返回给你。这就是俗称的 interrupt 80。
阿里P9问的面试题
系统调用：int0x80（老的系统，需要调用c语言写的interrupt函数，往里头传个80）或者 sysenter 原语（由于80中断太常用，新的硬件现在提供原生支持，通过 sysenter 原语，从原来c语言的软件层面提升到了现在的硬件层面，所以效率就高了）。
- 调用号通过 ax 寄存器传入内核。调用号是指要调用哪个函数，内核通过函数对照表查找到具体调用的那个函数.
- 参数通过 bx、cx、dx、si、di 传入内核。参数就5个吗，内核函数最长的就5个参数。
- 返回值通过 ax 返回。返回值一般都是 int 类型值，例如 pid 就是 int 类型。
举个例子
你的程序读网络上的一个东西，JVM 里的 read() 函数 调用 c 库 里面的 read() ， c 库 里面的 read() 会调用内核空间的sysenter原语，告诉内核我在 ax 这个寄存器里已经填好了调用号，并且在 bx、cx、dx、si、di 读取参数，然后执行完函数之后，把返回值放回到 ax 里，最后一层层反馈，反馈到 java程序这儿。
腾讯第三轮面试题
1、聊一聊什么是线程
2、聊一聊什么是纤程
3、Fiber vs Thread
4、为啥和内核态打交道效率就低呢？（实际问的就是80中断）这里涉及到一个系统调用的过程，你需要往寄存器里装好多东西，然后在 80中断产生调用，然后再拿结果。那和我用户空间直接计算完了直接拿结果，那肯定效率要低一些。
