面向校招操作系统——进程与线程

Posted 胡毛毛_三月

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了面向校招操作系统——进程与线程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

进程管理

一、进程与线程

线程是处理机调度的单位，进程是资源分配的单位

1、进程有哪些状态及状态转换？

进程一共有5种状态，分别是创建、就绪、运行（执行）、终止、阻塞。

  • 运行状态就是进程占有CPU，正在CPU上运行。在单处理机环境下，每一时刻最多只有一个进程处于运行状态。
  • 就绪状态就是说进程已处于准备运行的状态，即进程获得了除CPU之外的一切所需资源，一旦得到CPU即可运行。
  • 阻塞状态就是进程正在等待某一事件而暂停运行，比如等待某资源为可用或等待I/O完成。即使CPU空闲，该进程也不能运行。
  • 创建态：进程正在被创建，操作系统为进程分配资源、初始化PCB
  • 终止态：进程正在从系统中撤销，操作系统会回收进程拥有的资源、撤销PCB

运行态→阻塞态：往往是由于等待外设，等待主存等资源分配或等待人工干预而引起的。
阻塞态→就绪态：则是等待的条件已满足，只需分配到处理器后就能运行。
运行态→就绪态：不是由于自身原因，而是由外界原因使运行状态的进程让出处理器，这时候就变成就绪态。例如时间片用完，或有更高优先级的进程来抢占处理器等。
就绪态→运行态：系统按某种策略选中就绪队列中的一个进程占用处理器，此时就变成了运行态。

补充：进程的挂起态与七状态模型

2、同步与异步的区别是什么？

同步与异步的区别在于调用结果的通知方式上。 同步执行一个方法后，需要等待结果返回，然后继续执行下去。 异步执行一个方法后，不会等待结果的返回，调用方定时主动去轮询调用结果或者被调用方在执行完成后通过回调来通知调用方。

3、阻塞与非阻塞的区别是什么？

阻塞与非阻塞的区别在于进程/线程在等待消息时，进程/线程是否是挂起状态。 阻塞调用在发出去后，消息返回之前，当前进程/线程会被挂起，直到有消息返回，当前进/线程才会被激活。 非阻塞调用在发出去后，不会阻塞当前进/线程，而会立即返回，可以去执行其他任务。

4、孤儿进程,僵尸进程,守护进程？

孤儿进程

    • 根据维基百科的解释，孤儿进程指的是在其父进程执行完成或被终止后仍继续运行的一类进程。孤儿进程与僵尸进程是完全不同。孤儿进程借用了现实中孤儿的概念，也就是父进程不在了，子进程还在运行，这时我们就把子进程的PPID设为1。操作系统会创建进程号为1的init进程，它没有父进程也不会退出，可以收养系统的孤儿进程。在现实中用户可能刻意使进程成为孤儿进程，这样就可以让它与父进程会话脱钩，成为后面会介绍的守护进程。

僵尸进程

    • 当一个进程完成它的工作终止之后,它的父进程需要调用wait()或者waitpid()系统调用取得子进程的终止状态一个进程使用fork创建子进程，如果子进程退出，而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息，那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵尸进程。

守护进程

    • 守护(Daemon)进程我们可以认为守护进程就是后台服务进程，因为它会有一个很长的生命周期提供服务，关闭终端不会影响服务，也就是说可以忽略某些信号。
    • 实现守护进程 首先要保证进程在后台运行，可以在启动程序后面加&，当然更原始的方法是进程自己fork然后结束父进程。
      if (pid=fork()) 
        exit(0); // Parent process
    • 然后是与终端、进程组、会话(Session)分离。每个进程创建时都绑定一个终端，而且属于一个进程组(进程组也有GID不过等同进程组长的PID)，这些进程组在一个会话中，如果是子进程一般会从父进程继承这些信息，想要与环境分离可以使用以下的系统调用。
    • setsid();
    • 同样地我们会从父进程继承文件掩码(mask)，可以手动清理掩码。
    • umask(0);
    • 如果需要我们可以改变当前工作目录，避免运行时必须使用当前所在的文件系统。
    • 使用Nohup nohup命令，是让程序以守护进程运行的方式之一，程序运行后忽略SIGHUP信号，也就说关闭终端不会影响进程的运行。
    • 类似的命令还有disown

5、进程和线程的区别？

调度：进程是资源管理的基本单位，线程是程序执行的基本单位。

并发性：不仅进程之间可以并发执行，同一个进程的多个线程之间也可并发执行
切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
拥有资源： 进程是拥有资源的一个独立单位，线程不拥有系统资源，但是可以访问隶属于进程的资源。
系统开销： 创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收系统资源，如内存空间，I/O设备等，OS所付出的开销显著大于在创建或撤销线程时的开销，进程切换的开销也远大于线程切换的开销。

6、进程和线程的关系：

（1）一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。

​ （2）资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。

​ （3）处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程。

​ （4）线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。线程是指进程内的一个执行单元,也是进程内的可调度实体.

7、线程的分类？（用户级、内核级）

操作系统只“看得见”内核级线程，因此只有内核级线程才是处理机分配的单位。

从线程的运行空间来说，分为用户级线程（user-level thread, ULT）和内核级线程（kernel-level, KLT）

内核级线程：这类线程依赖于内核，又称为内核支持的线程或轻量级进程。无论是在用户程序中的线程还是系统进程中的线程，它们的创建、撤销和切换都由内核实现。比如英特尔i5-8250U是4核8线程，这里的线程就是内核级线程

用户级线程：它仅存在于用户级中，这种线程是不依赖于操作系统核心的。应用进程利用线程库来完成其创建和管理，速度比较快，操作系统内核无法感知用户级线程的存在。

8、线程的实现方式

前面我们了解了引入线程的好处和引入线程的变化，以及线程的属性，那么线程如何实现呢？

线程的实现分为两类：用户级线程(User-Level Thread,UTL)和内核级线程(Kernel-Level Thread, KTL)l。内核级线程又称内核支持的线程。

（1）用户级线程

（2）内核级线程

（3）特殊的组合方式及重点注意

9、多线程模型

（1）多对一模型

（2）一对一模型

（3）多对多模型

  • 此种模型效率是三种模型中最好的

10、多线程的优缺点

优点：

  • 能适当提高程序的执行效率
  • 能适当提高资源的利用率(CPU&内存)
  • 线程上的任务执行后自动销毁

缺点：

  • 开启线程需要占用一定的内存空间
  • 如果开启大量的线程,会占用大量的内存空间,降低程序的性能
  • 线程越多,cpu在调用线程上的开销就越大
  • 程序设计更加复杂,比如线程简的通信,多线程的数据共享

https://www.jianshu.com/p/1556a462be72

总结:

线程和进程的区别在于,子进程和父进程有不同的代码和数据空间,而多个线程则共享数据空间,每个线程有自己的执行堆栈和程序计数器为其执行上下文.多线程主要是为了节约CPU时间,发挥利用,根据具体情况而定. 线程的运行中需要使用计算机的内存资源和CPU。

11、协程与线程的区别？

  1. 线程和进程都是同步机制，而协程是异步机制。
  2. 线程是抢占式，而协程是非抢占式的。需要用户释放使用权切换到其他协程，因此同一时间其实只有一个协程拥有运行权，相当于单线程的能力。
  3. 一个线程可以有多个协程，一个进程也可以有多个协程。
  4. 协程不被操作系统内核管理，而完全是由程序控制。线程是被分割的CPU资源，协程是组织好的代码流程，线程是协程的资源。但协程不会直接使用线程，协程直接利用的是执行器关联任意线程或线程池。
  5. 协程能保留上一次调用时的状态。

12、并发和并行有什么区别？

并发就是在一段时间内，多个任务都会被处理；但在某一时刻，只有一个任务在执行。单核处理器可以做到并发。比如有两个进程A和B，A运行一个时间片之后，切换到B，B运行一个时间片之后又切换到A。因为切换速度足够快，所以宏观上表现为在一段时间内能同时运行多个程序。

并行就是在同一时刻，有多个任务在执行。这个需要多核处理器才能完成，在微观上就能同时执行多条指令，不同的程序被放到不同的处理器上运行，这个是物理上的多个进程同时进行。

13、进程与线程的切换流程？

进程切换分两步：

1、切换页表以使用新的地址空间，一旦去切换上下文，处理器中所有已经缓存的内存地址一瞬间都作废了。

2、切换内核栈和硬件上下文。

对于linux来说，线程和进程的最大区别就在于地址空间，对于线程切换，第1步是不需要做的，第2步是进程和线程切换都要做的。

因为每个进程都有自己的虚拟地址空间，而线程是共享所在进程的虚拟地址空间的，因此同一个进程中的线程进行线程切换时不涉及虚拟地址空间的转换。

二、处理机的调度

1、处理机调度的三个层次

2、三层调度的联系、对比

3、进程调度的方式

  1. 非剥夺调度方式，又称非抢占方式。

    1. 即，只允许进程主动放弃处理机。在运行过程中即便有更紧迫的任务到达，当前进程依然会继续使用处理机，直到该进程终止或主动要求进入阻塞态。

  3. 剥夺调度方式，又称抢占方式。

    1. 当一个进程正在处理机上执行时，如果有一个更重要或更紧迫的进程需要使用处理机，则立即暂停正在执行的进程，将处理机分配给更重要紧迫的那个进程。

4、进程调度（算法）策略有哪几种？

当有一堆任务要处理，但由于资源有限，这些事情没法同时处理。这就需要确定某种规则来决定处理这些任务的顺序，这就是“调度”研究的问题。

  • 先来先服务调度算法
  • 最短作业优先调度算法
  • 高响应比优先调度算法
  • 时间片轮转调度算法
  • 最高优先级调度算法
  • 多级反馈队列调度算法

1)、先来先服务（FCFS，First Come First Serve）：

  • 非抢占式的调度算法，按照请求的顺序进行调度，每次从就绪队列选择最先进入队列的进程，然后一直运行，直到进程退出或被阻塞，才会继续从队列中选择第一个进程接着运行。
  • 有利于长作业，适用于 CPU 繁忙型作业的系统；但不利于短作业，因为短作业必须一直等待前面的长作业执行完毕才能执行，而长作业又需要执行很长时间，造成了短作业等待时间过长。另外，对I/O密集型进程也不利，因为这种进程每次进行I/O操作之后又得重新排队。

2)、短作业优先(SJF,Shortest Job First)：

  • 非抢占式的调度算法，按估计运行时间最短的顺序进行调度。长作业有可能会饿死，处于一直等待短作业执行完毕的状态。因为如果一直有短作业到来，那么长作业永远得不到调度。
  • **最短作业优先（Shortest Job First, SJF）**调度算法同样也是顾名思义，它会优先选择运行时间最短的进程来运行，这有助于提高系统的吞吐量。

SJF 调度算法

这显然对长作业不利，很容易造成一种极端现象。

比如，一个长作业在就绪队列等待运行，而这个就绪队列有非常多的短作业，那么就会使得长作业不断的往后推，周转时间变长，致使长作业长期不会被运行。

3)、最短剩余时间优先(SRTN)：

  • 最短作业优先的抢占式版本，按剩余运行时间的顺序进行调度。 当一个新的作业到达时，其整个运行时间与当前进程的剩余时间作比较。如果新的进程需要的时间更少，则挂起当前进程，运行新的进程。否则新的进程等待。

4)、高响应比优先调度算法(HRRN):

  • 前面的「先来先服务调度算法」和「最短作业优先调度算法」都没有很好的权衡短作业和长作业。
  • 那么，高响应比优先 （Highest Response Ratio Next, HRRN）调度算法主要是权衡了短作业和长作业。每次进行进程调度时，先计算「响应比优先级」，然后把「响应比优先级」最高的进程投入运行，「响应比优先级」的计算公式：

从上面的公式，可以发现：

  • 如果两个进程的「等待时间」相同时，「要求的服务时间」越短，「响应比」就越高，这样短作业的进程容易被选中运行；

  • 如果两个进程「要求的服务时间」相同时，「等待时间」越长，「响应比」就越高，这就兼顾到了长作业进程，因为进程的响应比可以随时间等待的增加而提高，当其等待时间足够长时，其响应比便可以升到很高，从而获得运行的机会；

先来先服务、短作业优先、高响应比优先调度算法总结

注:上述几种算法主要关心对用户的公平性、平均周转时间、平均等待时间等评价系统整体性能的指标，

但是不关心“响应时间”，也并不区分任务的紧急程度，因此对于用户来说，交互性很糟糕。

因此这三种算法一般适合用于早期的批处理系统，当然，先来先服务算法也常结合其他的算法使用，在现在也扮演着很重要的角色。

而适合用于交互式系统的调度算法将在下面介绍…

交互式系统的调度算法

5)、时间片轮转（RR,Round-Robin）：

将所有就绪进程按 FCFS 的原则排成一个队列，每次调度时，把 CPU 时间分配给队首进程，该进程可以执行一个时间片。当时间片用完时，由计时器发出时钟中断，调度程序便停止该进程的执行，并将它送往就绪队列的末尾，同时继续把 CPU 时间分配给队首的进程。

每个进程被分配一个时间段，称为时间片（Quantum），即允许该进程在该时间段中运行。

  • 如果时间片用完，进程还在运行，那么将会把此进程从 CPU 释放出来，并把 CPU 分配另外一个进程；
  • 如果该进程在时间片结束前阻塞或结束，则 CPU 立即进行切换；

另外，时间片的长度就是一个很关键的点：

  • 因为进程切换都要保存进程的信息并且载入新进程的信息，
  • 如果时间片设得太短会导致过多的进程上下文切换，在进程切换上就会花过多时间，降低了 CPU 效率；
  • 如果设得太长又可能引起对短作业进程的响应时间变长。

通常时间片设为 20ms~50ms 通常是一个比较合理的折中值。

6)、优先级调度：

前面的「时间片轮转算法」做了个假设，即让所有的进程同等重要，也不偏袒谁，大家的运行时间都一样。

但是，对于多用户计算机系统就有不同的看法了，它们希望调度是有优先级的，即希望调度程序能从就绪队列中选择最高优先级的进程进行运行，这称为最高优先级（Highest Priority First，HPF）调度算法。

为每个进程分配一个优先级，按优先级进行调度。为了防止低优先级的进程永远等不到调度，可以随着时间的推移增加等待进程的优先级。

进程的优先级可以分为，静态优先级或动态优先级：

  • 静态优先级：创建进程时候，就已经确定了优先级了，然后整个运行时间优先级都不会变化；
  • 动态优先级：根据进程的动态变化调整优先级，比如如果进程运行时间增加，则降低其优先级，如果进程等待时间（就绪队列的等待时间）增加，则升高其优先级，也就是随着时间的推移增加等待进程的优先级。

该算法也有两种处理优先级高的方法，非抢占式和抢占式：

  • 非抢占式：当就绪队列中出现优先级高的进程，运行完当前进程，再选择优先级高的进程。
  • 抢占式：当就绪队列中出现优先级高的进程，当前进程挂起，调度优先级高的进程运行。

但是依然有缺点，可能会导致低优先级的进程永远不会运行。

7)、多级反馈队列调度算法:

  1. 先来先服务算法的优点是公平
  2. 短作业优先算法的优点是能尽快处理完短作业，平均等待/周转时间等参数很优秀
  3. 时间片轮转调度算法可以让各个进程得到及时的响应
  4. 优先级调度算法可以灵活地调整各种进程被服务的机会

多级反馈队列调度算法是对其他算法的一个折中权衡

多级反馈队列（Multilevel Feedback Queue）调度算法是「时间片轮转算法」和「最高优先级算法」的综合和发展。

顾名思义：

  • 「多级」表示有多个队列，每个队列优先级从高到低，同时优先级越高时间片越短。
  • 「反馈」表示如果有新的进程加入优先级高的队列时，立刻停止当前正在运行的进程，转而去运行优先级高的队列；

多级反馈队列

来看看，它是如何工作的：

  • 设置了多个队列，赋予每个队列不同的优先级，每个队列优先级从高到低，时间片从小到大；
  • 新的进程会被放入到第一级队列的末尾，按先来先服务的原则排队等待被调度，如果在第一级队列规定的时间片没运行完成，则将其转入到第二级队列的末尾，如果此时已经是在最下级的队列，则重新放回该队列队尾，以此类推，直至完成；
  • 当较高优先级的队列为空，才调度较低优先级的队列中的进程运行。如果进程运行时，有新进程进入较高优先级的队列，则停止当前运行的进程并将其移入到原队列末尾，接着让较高优先级的进程运行；

可以发现，对于短作业可能可以在第一级队列很快被处理完。对于长作业，如果在第一级队列处理不完，可以移入下次队列等待被执行，虽然等待的时间变长了，但是运行时间也会更长了，所以该算法很好的兼顾了长短作业，同时有较好的响应时间。

时间片轮转、优先级调度、多级反馈队列调度算法总结：

4、什么是临界区，如何解决冲突？

每个进程中访问临界资源的那段程序称为临界区，一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。

解决冲突的办法：

  • 如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入，如已有进程进入自己的临界区，则其它所 有试图进入临界区的进程必须等待；
  • 进入临界区的进程要在有限时间内退出。
  • 如果进程不能进入自己的临界区，则应让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。

三、进程的同步与互斥

1、同步和互斥的区别：

当有多个线程的时候，经常需要去同步这些线程以访问同一个数据或资源。例如，假设有一个程序，其中一个线程用于把文件读到内存，而另一个线程用于统计文件中的字符数。当然，在把整个文件调入内存之前，统计它的计数是没有意义的。但是，由于每个操作都有自己的线程，操作系统会把两个线程当作是互不相干的任务分别执行，这样就可能在没有把整个文件装入内存时统计字数。为解决此问题，你必须使两个线程同步工作。

​ 所谓同步，是指散步在不同进程之间的若干程序片断，它们的运行必须严格按照规定的某种先后次序来运行，这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。如果用对资源的访问来定义的话，同步是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。

​ 所谓互斥，是指散布在不同进程之间的若干程序片断，当某个进程运行其中一个程序片段时，其它进程就不能运行它们之中的任一程序片段，只能等到该进程运行完这个程序片段后才可以运行。如果用对资源的访问来定义的话，互斥某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。

2、进程间通信方式有哪些？

进程间通信又称IPC(Inter-Process Communication),指多个进程之间相互通信，交换信息的方法。根据进程通信时信息量大小的不同,可以将进程通信划分为两大类型:

  1. 低级通信,控制信息的通信(主要用于进程之间的同步,互斥,终止和挂起等等控制信息的传递)
  2. 高级通信,大批数据信息的通信(主要用于进程间数据块数据的交换和共享,常见的高级通信有管道,消息队列,共享内存等).
  • 管道（pipe）：管道这种通讯方式有两种限制，一是半双工的通信，数据只能单向流动，二是只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。
    管道可以分为两类：匿名管道和命名管道。匿名管道是单向的，只能在有亲缘关系的进程间通信；命名管道以磁盘文件的方式存在，可以实现本机任意两个进程通信，允许无亲缘关系进程间的通信。
  • 信号（signal） ： 信号是一种比较复杂的通信方式，信号可以在任何时候发给某一进程，而无需知道该进程的状态。

Linux系统中常用信号：
（1）SIGHUP：用户从终端注销，所有已启动进程都将收到该进程。系统缺省状态下对该信号的处理是终止进程。

（2）SIGINT：程序终止信号。程序运行过程中，按Ctrl+C键将产生该信号。

（3）SIGQUIT：程序退出信号。程序运行过程中，按Ctrl+\\\\键将产生该信号。

（4）SIGBUS和SIGSEGV：进程访问非法地址。

（5）SIGFPE：运算中出现致命错误，如除零操作、数据溢出等。

（6）SIGKILL：用户终止进程执行信号。shell下执行kill -9发送该信号。

（7）SIGTERM：结束进程信号。shell下执行kill 进程pid发送该信号。

（8）SIGALRM：定时器信号。

（9）SIGCLD：子进程退出信号。如果其父进程没有忽略该信号也没有处理该信号，则子进程退出后将形成僵尸进程。

  • 信号量（semaphore）：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。
  • 消息队列（message queue）：消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列和System V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
  • 共享内存( shared memory )：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。
  • 套接字（socket）：这是一种更为一般得进程间通信机制，它可用于网络中不同机器之间的进程间通信，应用非常广泛。

优缺点：

  • 管道：速度慢，容量有限；
  • Socket：任何进程间都能通讯，但速度慢；
  • 消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题；
  • 信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步；
  • 共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存。

3、进程间同步的方式有哪些？

1、临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。

优点：保证在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法。

缺点：虽然临界区同步速度很快，但却只能用来同步本进程内的线程，而不可用来同步多个进程中的线程。

2、互斥量：为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。互斥量跟临界区很相似，比临界区复杂，互斥对象只有一个，只有拥有互斥对象的线程才具有访问资源的权限。

优点：使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实现资源的安全共享，而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。

缺点：

  • 互斥量是可以命名的，也就是说它可以跨越进程使用，所以创建互斥量需要的资源更多，所以如果只为了在进程内部是用的话使用临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占用量。
  • 通过互斥量可以指定资源被独占的方式使用，但如果有下面一种情况通过互斥量就无法处理，比如现在一位用户购买了一份三个并发访问许可的数据库系统，可以根据用户购买的访问许可数量来决定有多少个线程/进程能同时进行数据库操作，这时候如果利用互斥量就没有办法完成这个要求，信号量对象可以说是一种资源计数器。

3、信号量：为控制一个具有有限数量用户资源而设计。它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。互斥量是信号量的一种特殊情况，当信号量的最大资源数=1就是互斥量了。

优点：适用于对Socket（套接字）程序中线程的同步。

缺点:

  • 信号量机制必须有公共内存，不能用于分布式操作系统，这是它最大的弱点；
  • 信号量机制功能强大，但使用时对信号量的操作分散， 而且难以控制，读写和维护都很困难，加重了程序员的编码负担；
  • 核心操作P-V分散在各用户程序的代码中，不易控制和管理，一旦错误，后果严重，且不易发现和纠正。

4、事件： 用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始。

优点：事件对象通过通知操作的方式来保持线程的同步，并且可以实现不同进程中的线程同步操作。

4、线程间的通信方式

  • 使用全局变量

    • 主要由于多个线程可能更改全局变量，因此全局变量最好声明为volatile

  • 使用消息实现通信

    • 在Windows程序设计中，每一个线程都可以拥有自己的消息队列（UI线程默认自带消息队列和消息循环，工作线程需要手动实现消息循环），因此可以采用消息进行线程间通信sendMessage,postMessage。
    • 1)定义消息#define WM_THREAD_SENDMSG=WM_USER+20;
    • 2)添加消息函数声明afx_msg int OnTSendmsg();
    • 3)添加消息映射ON_MESSAGE(WM_THREAD_SENDMSG,OnTSM)
    • 4)添加OnTSM()的实现函数；
    • 5)在线程函数中添加PostMessage消息Post函数

  • 使用事件CEvent类实现线程间通信

    • Event对象有两种状态：有信号和无信号，线程可以监视处于有信号状态的事件，以便在适当的时候执行对事件的操作。
    • 1)创建一个CEvent类的对象：CEvent threadStart;它默认处在未通信状态；
    • 2)threadStart.SetEvent();使其处于通信状态；
    • 3)调用WaitForSingleObject()来监视CEvent对象

5、线程同步的方式有哪些？

各个线程可以访问进程中的公共变量，资源，所以使用多线程的过程中需要注意的问题是如何防止两个或两个以上的线程同时访问同一个数据，以免破坏数据的完整性。数据之间的相互制约包括

  1. 直接制约关系，即一个线程的处理结果，为另一个线程的输入，因此线程之间直接制约着，这种关系可以称之为同步关系
  2. 间接制约关系，即两个线程需要访问同一资源，该资源在同一时刻只能被一个线程访问，这种关系称之为线程间对资源的互斥访问，某种意义上说互斥是一种制约关系更小的同步

线程间的同步方式有四种

1、临界区：当多个线程访问一个独占性共享资源时，可以使用临界区对象。拥有临界区的线程可以访问被保护起来的资源或代码段，其他线程若想访问，则被挂起，直到拥有临界区的线程放弃临界区为止，以此达到用原子方式操 作共享资源的目的。

2、事件：事件机制，则允许一个线程在处理完一个任务后，主动唤醒另外一个线程执行任务。

3、互斥量：互斥对象和临界区对象非常相似，只是其允许在进程间使用，而临界区只限制与同一进程的各个线程之间使用，但是更节省资源，更有效率。

4、信号量：当需要一个计数器来限制可以使用某共享资源的线程数目时，可以使用“信号量”对象。

区别：

  • 互斥量与临界区的作用非常相似，但互斥量是可以命名的，也就是说互斥量可以跨越进程使用，但创建互斥量需要的资源更多，所以如果只为了在进程内部是用的话使用临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占用量 。因为互斥量是跨进程的互斥量一旦被创建，就可以通过名字打开它。
  • 互斥量，信号量，事件都可以被跨越进程使用来进行同步数据操作。

死锁

1、什么是死锁？死锁产生的条件？

什么是死锁：

在两个或者多个并发进程中，如果每个进程持有某种资源而又等待其它进程释放它或它们现在保持着的资源，在未改变这种状态之前都不能向前推进，称这一组进程产生了死锁。通俗的讲就是两个或多个进程无限期的阻塞、相互等待的一种状态。

死锁产生的四个必要条件：（有一个条件不成立，则不会产生死锁）

  • 互斥条件：一个资源一次只能被一个进程使用
  • 请求与保持条件：一个进程因请求资源而阻塞时，对已获得资源保持不放
  • 不剥夺条件：进程获得的资源，在未完全使用完之前，不能强行剥夺
  • 循环等待条件：若干进程之间形成一种头尾相接的环形等待资源关系

2、如何处理死锁问题

常用的处理死锁的方法有：死锁预防、死锁避免、死锁检测、死锁解除、鸵鸟策略。

**（1）死锁的预防：**基本思想就是确保死锁发生的四个必要条件中至少有一个不成立：

  • ① 破除资源互斥条件
  • ② 破除“请求与保持”条件：实行资源预分配策略，进程在运行之前，必须一次性获取所有的资源。缺点：在很多情况下，无法预知进程执行前所需的全部资源，因为进程是动态执行的，同时也会降低资源利用率，导致降低了进程的并发性。
  • ③ 破除“不可剥夺”条件：允许进程强行从占有者那里夺取某些资源。当一个已经保持了某些不可被抢占资源的进程，提出新的资源请求而不能得到满足时，它必须释放已经保持的所有资源，待以后需要时再重新申请。这意味着进程已经占有的资源会被暂时被释放，或者说被抢占了。
  • ④ 破除“循环等待”条件：实行资源有序分配策略，对所有资源排序编号，按照顺序获取资源，将紧缺的，稀少的采用较大的编号，在申请资源时必须按照编号的顺序进行，一个进程只有获得较小编号的进程才能申请较大编号的进程。

（2）死锁避免：

死锁预防通过约束资源请求，防止4个必要条件中至少一个的发生，可以通过直接或间接预防方法，但是都会导致低效的资源使用和低效的进程执行。而死锁避免则允许前三个必要条件，但是通过动态地检测资源分配状态，以确保循环等待条件不成立，从而确保系统处于安全状态。所谓安全状态是指：如果系统能按某个顺序为每个进程分配资源（不超过其最大值），那么系统状态是安全的，换句话说就是，如果存在一个安全序列，那么系统处于安全状态。银行家算法是经典的死锁避免的算法。

（3）死锁检测：

死锁预防策略是非常保守的，他们通过限制访问资源和在进程上强加约束来解决死锁的问题。死锁检测则是完全相反，它不限制资源访问或约束进程行为，只要有可能，被请求的资源就被授权给进程。但是操作系统会周期性地执行一个算法检测前面的循环等待的条件。死锁检测算法是通过资源分配图来检测是否存在环来实现，从一个节点出发进行深度优先搜索，对访问过的节点进行标记，如果访问了已经标记的节点，就表示有存在环，也就是检测到死锁的发生。

  • （1）如果进程-资源分配图中无环路，此时系统没有死锁。
  • （2）如果进程-资源分配图中有环路，且每个资源类中只有一个资源，则系统发生死锁。
  • （3）如果进程-资源分配图中有环路，且所涉及的资源类有多个资源，则不一定会发生死锁。

（4）死锁解除：

死锁解除的常用方法就是终止进程和资源抢占，回滚。所谓进程终止就是简单地终止一个或多个进程以打破循环等待，包括两种方式：终止所有死锁进程和一次只终止一个进程直到取消死锁循环为止；所谓资源抢占就是从一个或者多个死锁进程那里抢占一个或多个资源。

（5）鸵鸟策略：

把头埋在沙子里，假装根本没发生问题。因为解决死锁问题的代价很高，因此鸵鸟策略这种不采取任何措施的方案会获得更高的性能。当发生死锁时不会对用户造成多大影响，或发生死锁的概率很低，可以采用鸵鸟策略。大多数操作系统，包括 Unix，Linux 和 Windows，处理死锁问题的办法仅仅是忽略它。

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