【深入浅出-系统架构师】（15）：操作系统基础知识——进程通信与线程

进程间的信息交换，具体内容分为：控制信息交换和数据交换，控制信息的交换为低级通信，数据的交换为高级通信。

高级通信方式

• 共享存储系统

多台服务器访问同一个存储设备的同一分区

• 消息传递系统

进程与其它的进程进行通信而不必借助共享数据，通过互相发送和接收消息，建立一条通信链路。

• 管道通信

发送进程以字符流形式将大量数据送入管道，接收进程可从管道接收数据，二者利用管道进行通信，管道是单向的、先进先出的，它把一个进程的输出和另一个进程的输入连接在一起。一个进程（写进程）在管道的尾部写入数据，另一个进程（读进程）从管道的头部读出数据。每次只有一个进程能够真正地进入管道，其他的只能等待。

管道分为无名管道和命名管道，前者用于父子进程通信，后者用于任意进程通信。

无名管道由pipe( )函数创建：int pipe（int filedis[2]）当一个管道被创建时，它会创建两个文件描述符：filedis[0]用于读管道，filedis[1]用于写管道

关闭管道只是将两个文件描述符关闭即可，可以使用普通的close函数逐个关闭。

管道的形式：

进程调度

进程调度就是处理器调度(上下文切换)

调度级别

• 高级调度

作业调度,把后备作业调入内存运行

• 中级调度

在虚拟存储器中引入，在内，外存交换区进行进程对换

• 低级调度

进程调度，把就绪队列里的某个进程获得CPU执行权

调度方式

• 可剥夺

  当一个进程运行时，基于某种原则，剥夺已经分配给它的处理器，将之分配给其他进程，原则有：优先权原则，短进程优先原则，时间片原则。

• 不可剥夺

一单处理器分配给某进程，遍让它一直运行下去，直到进程完成或者发生某种时间而阻塞，才分配给其他进程。

调度算法

• 先进先出

按照进入就绪队列的进程顺序，不加其他条件干涉

• 短进程优先

优先选出就绪队列中CPU执行时间最短的进程，例如：就绪队列有4个进程P1，P2，P3，P4，执行时间为：16,12,4,3 按照短进程优先，则周转时间(从进程提交到进程完成的时间间隔)分别为：35,19,7,3

平均周转时间：16，平均周转时间越小，调度性能越好

• 轮转法
  • 简单轮转： 就绪进程按FIFO排队，按照一定时间间隔让处理机分配给队列中的进程，就绪队列中 所有队列均可获得一个时间片的处理器运行
  • 多级队列： 让系统中所有进程分成若干类，每类一级

死锁

两个以上的进程相互请求对方已经占有的资源，导致无限期的等待。

产生条件

• 互斥条件
• 请求保持
• 不可剥夺
• 环路条件

###解决方法

• 鸵鸟策略：不理睬
• 预防策略：破坏产生条件中任意一个
• 避免策略： 精心分配资源，动态避免死锁
• 检测与解除死锁：系统自动检测，并且解除

线程

来源

• 由于之前进程是资源拥有者，创建、撤消与切换存在较大的时空开销，因此需要引入轻型进程
• 对称多处理机（SMP）出现，可以满足多个运行单位，而多个进程并行开销过大。

有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是程序执行流的最小单元，一个标准的线程由线程ID，当前指令指针(PC），寄存器集合和堆栈组成， 线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源 ，线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态，每一个程序都至少有一个线程，若程序只有一个线程，那就是程序本身

包含

• 程序

• 数据(堆栈（系统栈或用户栈）寄存器)

  寄存器可被用来存储线程内的局部变量，但不能存储其他线程的相关变量

• TCB

TCB包含 1.线程状态 2.线程不可运行时，被保存的现场资源 3.一组执行堆栈 4.存放每个线程的局部变量主存区 5.访问同一个进程中的主存和其他资源

特点

• 轻量 切换非常快
• 独立调度和分派的基本单位
• 并发执行 不同进程中的线程也可以并发执行
• 共享进程资源 所有线程具有相同的地址空间，线程可以访问线程已经拥有的已打开文件，定时器，信号量，由于一个进程中的线程共享内存和文件， 所以线程之间的相同通信不必调用内核

线程之间的通信可以通过进程(数据段)的全局变量完成，线程是进程中的实体，线程有它自己的堆栈、自己的程序计数器和自己的局部变量，与分隔的进程相比，进程中的线程之间的隔离程度要小。它们共享内存、文件句柄和其它每个进程应有的状态。

Java线程状态

• 新线程态（New Thread)

当线程处于”新线程”状态时，仅仅是一个空线程对象，它还没有分配到系统资源。因此只能启动或终止它。任何其他操作都会引发异常。一个线程调用了new方法之后，并在调用start方法之前的处于新线程状态，可以调用start和stop方法。

• 可运行态（Runnable)

start（）方法产生运行线程所必须的资源，调度线程执行，如果线程处于Runnable状态，它也有可能不在运行，这是因为还有优先级和调度问题。

• 阻塞/非运行态

  • suspend()方法被调用
  • sleep()方法被调用
  • wait()来等待条件变量
  • 线程处于I/O请求的等待

• 死亡态

当run（）方法返回，或别的线程调用stop（）方法，线程进入死亡态,一个线程执行结束，它的寄存器上下文以及堆栈内容等将被释放。

Java中线程

Java采用的是一种简单、固定的调度法，即固定优先级调度,线程组是让多个线程集于一个对象中，可以对这些线程进程批量操作，一单加入了某个线程组，就不能移除。Java并不提供对死锁的检测机制，Java的多线程安全是基于Lock机制实现的，而Lock的性能往往不如人意。原因是，monitorenter与monitorexit这两个控制多线程同步的bytecode原语，是JVM依赖操作系统互斥（mutex）来实现的。而互斥是一种会导致线程挂起，并在较短的时间内又需要重新调度回原线程的，较为消耗资源的操作。所以需要进行对线程进行优化，提高效率。