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1.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。
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。

2.协程与线程的区别？

线程和进程都是同步机制，而协程是异步机制。
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。
一个线程可以有多个协程，一个进程也可以有多个协程。
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。
协程能保留上一次调用时的状态。

3.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。

4.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。

5.为什么虚拟地址空间切换会比较耗时？

进程都有自己的虚拟地址空间，把虚拟地址转换为物理地址需要查找页表，页表查找是一个很慢的过程，因此通常使用Cache来缓存常用的地址映射，这样可以加速页表查找，这个Cache就是TLB（translation Lookaside Buffer，TLB本质上就是一个Cache，是用来加速页表查找的）。

由于每个进程都有自己的虚拟地址空间，那么显然每个进程都有自己的页表，那么当进程切换后页表也要进行切换，页表切换后TLB就失效了，Cache失效导致命中率降低，那么虚拟地址转换为物理地址就会变慢，表现出来的就是程序运行会变慢，而线程切换则不会导致TLB失效，因为线程无需切换地址空间，因此我们通常说线程切换要比较进程切换块，原因就在这里。

6.进程间通信方式有哪些？

管道：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。
信号：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：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：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：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。
Socket：与其他通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。

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。

7.进程间同步的方式有哪些？

（1）信号量是一个整型变量，用于表示系统中某种资源的数量。通过p（wait）操作和v（signal）操作来实现进程间的同步。p操作用于申请资源，若资源不足则阻塞当前进程；v操作用于释放资源，若有进程在等待该资源，则唤醒一个进程。在生产者-消费者问题中，设置两个同步信号量empty和full，分别表示当前缓冲区中空位的数量和已放入资源的数量，初始值分别为缓冲区大小n和0。生产者进程在放入产品前执行p(empty)操作，放入产品后执行v(full)操作；消费者进程在取出产品前执行p(full)操作，取出产品后执行v(empty)操作，从而实现生产者和消费者进程的同步。

（2）管程是由一个或多个过程、一个初始化序列和局部数据组成的软件模块。局部数据变量只能被管程的过程访问，任何外部过程都不能访问。一个进程通过调用管程的一个过程进入管程，在任何时候，只能有一个进程在管程中执行，调用管程的任何其他进程都被阻塞，以等待管程可用。管程通过使用条件变量提供对同步的支持。在读者-写者问题中，可以使用管程来管理对共享文件的访问。管程中包含共享文件的状态信息以及对文件进行读写操作的过程。读者进程在读文件前调用管程中的读操作过程，写者进程在写文件前调用管程中的写操作过程，管程根据文件的状态和进程的请求，决定是否允许进程访问文件，从而实现读者和写者进程的同步。

（3）消息传递机制需要操作系统内核的支持，通过消息队列或信箱传递数据，消息以数据块的形式传输。进程之间可以调用由操作系统实现的通信命令来传递消息，实现消息传递即分别实现send和receive两个原语，用于消息的发送和接收。在分布式系统中，不同节点上的进程可以通过消息队列进行通信。一个节点上的进程将数据以消息的形式发送到消息队列中，另一个节点上的进程从消息队列中接收消息并进行处理，从而实现进程间的同步和协作。

（4）屏障是一种同步机制，用于确保多个进程或线程在某个点之前不会继续执行。当进程或线程到达屏障时，它会等待，直到所有进程或线程都到达屏障后才继续执行。

应用示例：在并行计算中，多个进程需要在完成一个阶段的计算后，同步到一个屏障点，然后一起进入下一个阶段的计算。这样可以保证所有进程在同一个阶段开始和结束，避免出现计算结果不一致或进程执行顺序混乱的情况。

（5）条件变量是一种同步机制，用于在多个进程或线程之间传递状态信息。进程或线程在条件不满足时等待，条件满足时被唤醒。通常与互斥锁一起使用，以避免竞争条件。在多线程编程中，一个线程负责生产数据，另一个线程负责消费数据。生产者线程在生产完数据后，通过条件变量通知消费者线程数据已准备好；消费者线程在等待数据时，会阻塞在条件变量上，直到生产者线程通知它数据已准备好，然后消费者线程获取互斥锁，消费数据，消费完成后释放互斥锁，并再次等待条件变量的通知。