进程的基本概念
进程 是用来描述 程序 的执行过程并且能用来共享资源的基本单位。 进程有以下几个特征：
进程可以并发执行
进程是一个独立调度的活动
进程在执行任务时需要分配和释放资源
进程和程序有以下区别：
程序是一个静态概念，是指令的有序集合，没有执行含义；进程是一个动态概念，是程序的执行过程，动态地被创建并消亡。
程序不反应执行过程，因而没有并发特征；进程具有并发特征
不同的进程可以包含同一个程序，只要程序对应的数据集不同即可。
进程的描述
进程的状态：
进程互斥
使用信号量实现进程互斥
使用信号量实现进程互斥的基本思路为：
进入临界区前执行 P 原语
退出临界区后执行 V 原语
伪代码如下：
// 进程A：
P(sem)
<S>
V(sem)
// 进程B：
P(sem)
<S>
V(sem)进程同步
进程同步是由于一组异步环境下的进程，各自的执行结果互为对方的执行条件，从而导致进程间需要通过发送消息。
例：
进程A为计算进程，其需要等待缓冲区空的时候才可以执行
进程B为打印进程，其需要等待缓冲区满的时候才可以执行 设
wait()表示等待信号，emit表示发送信号，则可表示为：
// 进程A
wait(BufEmpty)
进行计算
emit(BufFull)
// 进程B
wait(BufFull)
进行打印
emit(BufEmpty)以上可以看到：bufFull为进程A的信号，BufEmpty为进程B的信号
使用信号量实现进程同步
与进程互斥进程间共用信号量不同，进程同步时信号量是私有的，这意味着 只有信号量的拥有者才可以调用 V 原语，其他进程只能调用 P 原语。
同样以上面的例子为例：
// 进程A
P(bufEmpty)
进行计算
V(BufFull)
// 进程B
P(BufFull)
进行打印
V(bufEmpty)=== * 进程同步时的信号量又被称为 私有信号量，V 原语只能被一个进程调用，P 原语可以由任意进程调用 * 进程互斥时的信号量又被称为 公有信号量，P、V 原语可以被任意进程调用 === |
生产者-消费者问题
生产者-消费者问题需要同时用到进程同步和进程互斥，问题描述如下：
设有一有界缓冲区，向缓冲区写入数据者为生产者，向缓冲区读出数据者为消费者
生产者要写入缓冲区，则缓冲区至少有一个单元是可写的，写入过程中该单元不可读
消费者要读出数据，则缓冲区至少有一个单元是可读的，读出过程中该单元不可写
设信号量 readable 为生产者的私有信号量，writable 为消费者的私有信号量，mutex 为公有信号量
则：
// 生产者
P(writable)
P(mutex)
写入缓冲区
V(mutex)
V(readable)
// 消费者
P(readable)
P(mutex)
读出数据
V(mutex)
V(writable)| === 一般情况下，由于 V 原语是释放资源的，所以可以以任意次序出现，但是 P 原语若次序混乱则可能造成进程间的死锁。 === |
进程通信
进程间通信一般有以下几种方式：管道、消息队列、信号量、共享内存、套接字、DBus[1]
进程调度
先来先服务 （FCFS）
算法思想：
算法规则：等待时间越久的优先服务。
作业/进程调度：用于作业调度时，考虑的是哪个作业先到达后备队列；用于进程调度，考虑的是哪个- 进程先进入就绪队列。
是否可抢占？ 非抢占式
优点：公平，算法实现简单
缺点：对于排在长作业后的短作业，用户体验不好。平均带权周转时间大，对于长作业有利，对于短作业不利
是否会导致饥饿？ 不会
短作业优先
算法思想：追求更少的平均等待时间
算法规则：短进程/作业优先得到服务
作业/进程调度：
-
- 是否可抢占？
非抢占式（SJF）：每次选择当前已到达的并且运行时间最短的作业/进程
抢占式（SRNT最短剩余时间优先算法):
每当有进程加入就绪队列改变时就需要调度，如果新到达的进程剩余时间比当前运行的进程剩余时间更短，则由新进程抢占处理机，当前运行进程重新回到就绪队列。平均等待时间和平均周转时间优于非抢占式。
优点：最短的平均等待时间，平均周转时间
缺点：对于短作业有利，对于长作业不利
是否会导致饥饿？会，如果源源不断地有短作业进来，可能导致长作业长时间得不到服务，产生饥饿现象，如果一直得不到服务，会导致作业饿死。
优先级调度算法
算法思想：根据任务的紧急程度来决定处理顺序
算法规则：根据优先级是否可以发生改变分为静态优先级和动态优先级。
动态优先级：如果某个进程在就绪队列中等待了很长时间，可以适当提高优先级。
| === 通常情况下，系统进程优先级高于用户进程，前台进程优先级高于后台进程。操作系统更偏好I/O型进程（或者称为I/O繁忙型进程） === |
作业/进程调度：均适用。甚至还会用于I/O调度
是否可抢占？ 非抢占式、抢占式均有。
优点：灵活调整偏好程度。适用于实时操作系统
缺点：若源源不断的高优先级进程到来，低优先级进程会导致饥饿。
是否会导致饥饿？会
多级反馈队列调度算法
算法思想：对其他算法的权衡
算法规则：
设置多级就绪队列，各个队列的优先级从高到低，时间片从小到大。
新进程到达时先进入第1级队列，按照FCFS原则排队等待被分配时间片。若时间片用完进程还未结束则进程进入下一级队列队尾，如果此时已经在最下级的队列，则重新返回到最下一级队列的队尾。
只有K级队列为空时，才会给K+1级分配时间片。
被抢占处理机的进程重新返回原队列队尾。
作业/进程调度：用于进程调度
是否可抢占？ 抢占式
优点：对各类进程相对公平（FCFS）；每个新到来的进程都可以很快得到相应(RR)；短进程只用较少的时间就可以完成(SPF)；不必实现估计进程的时间；灵活地调整对各种进程的偏好程度
缺点：
是否会导致饥饿？会
线程
线程共享的进程环境包括：
进程代码段、进程的公有资源（如全局变量）、进程打开的文件描述符、消息队列、信号的处理器、进程的当前目录、进程用户ID、进程组ID
线程独占资源：
线程ID、寄存器组的值、用户栈、内核栈（在一个进程的线程共享堆区（heap））、错误返回码、线程的信号屏蔽码、线程的优先级
Linux 中的线程
线程和进程类似，同样是通过 clone 系统调用生成的。但是线程同时还引入了 线程组（tgid） 的概念用来支持 pid 和 tid 的概念。这点可以从源码中看出：
retval = copy_thread(clone_flags, stack_start, stack_size, p, regs);
if (retval)
goto bad_fork_cleanup_io;
if (pid != &init_struct_pid) {
retval = -ENOMEM;
pid = alloc_pid(p->nsproxy->pid_ns);(1)
if (!pid)
goto bad_fork_cleanup_io;
}
p->pid = pid_nr(pid);(2)
p->tgid = p->pid;
if (clone_flags & CLONE_THREAD)
p->tgid = current->tgid;(3)分配 pid。
初始化 pid。
将线程的 tgid 设置为当前进程的 tgid（Thread Goup ID）
当进程是独立进程时，进程的 tgid 即为自己的 pid，当进程创建时传入了 CLONE_THREAD 参数时，线程的 tgid 为主线程的 pid。
同时，还需要设置线程的 real_parent：
源码如下：
/* CLONE_PARENT re-uses the old parent */
if (clone_flags & (CLONE_PARENT|CLONE_THREAD)) {
p->real_parent = current->real_parent;
p->parent_exec_id = current->parent_exec_id;
} else {
p->real_parent = current;
p->parent_exec_id = current->self_exec_id;
}按照线程的语义而言，getpid 应当返回主线程的 pid（即 tgid），而 gettid 返回的则是进程内唯一的线程号。而 pid 作为全局唯一的 id 而言，自然就能给于 gettid 使用：
/**
* sys_getpid - return the thread group id of the current process
*
*/
SYSCALL_DEFINE0(getpid)
{
return task_tgid_vnr(current);
}/* Thread ID - the internal kernel "pid" */
SYSCALL_DEFINE0(gettid)
{
return task_pid_vnr(current);
}类似的，getppid 需要返回主线程的 ppid，因此这里需要返回 real_parent 父进程的 pid：
SYSCALL_DEFINE0(getppid)
{
int pid;
rcu_read_lock();
pid = task_tgid_vnr(current->real_parent);
rcu_read_unlock();
return pid;
}之所以使用 tgid，是因为进程的父进程可能是一个线程，而 tgid 对于线程而言指向组长进程，对于进程而言指向自己。使用 tgid 能够保证 real_parent 指向的不是一个线程。
