进程控制（状态切换）
=》 进程通信 （5种）
=》 进程调度（6种）
=》 进程互斥和进程同步（信号量PV操作、管程）
=》锁、死锁（生产者消费者、读者写者、哲学家就餐、银行家算法）
多个程序、交替执行的思想，就是CPU管理多个进程的初步想法
并行：多个进程一起执行
并非：多个进程交替执行
虽然单核的 CPU 在某一个瞬间，只能运行一个进程。但在 1 秒钟期间，它可能会运行多个进程，这样就产生并行的错觉，实际上这是并发。
运行状态、就绪状态、阻塞状态
当然，进程还有另外两个基本状态：
为防止多个进程在阻塞态大量消耗物理内存，设置挂起态
挂起状态可以分为两种：
在操作系统中，是用进程控制块（process control block，PCB）数据结构来描述进程的。
进程描述信息：
进程控制和管理信息：
资源分配清单：
CPU 相关信息：
通常是通过链表的方式进行组织，把具有相同状态的进程链在一起，组成各种队列。比如：
创建进程
创建进程的过程如下：
终止进程
阻塞进程
唤醒进程
通常，会把交换的信息保存在进程的 PCB，当要运行另外一个进程的时候，我们需要从这个进程的 PCB 取出上下文，然后恢复到 CPU 中，这使得这个进程可以继续执行，如下图所示：
对于多进程的这种方式，依然会存在问题：
那到底如何解决呢？需要有一种新的实体，满足以下特性：
这个新的实体，就是线程( *Thread* )，线程之间可以并发运行且共享相同的地址空间。
线程是进程当中的一条执行流程。
线程的优点：
线程的缺点：
线程与进程的比较如下：
对于，线程相比进程能减少开销，体现在：
所以，不管是时间效率，还是空间效率线程比进程都要高。
所以，所谓操作系统的任务调度，实际上的调度对象是线程，而进程只是给线程提供了虚拟内存、全局变量等资源。
对于线程和进程，我们可以这么理解：
另外，线程也有自己的私有数据，比如栈和寄存器等，这些在上下文切换时也是需要保存的。
这还得看线程是不是属于同一个进程：
所以，线程的上下文切换相比进程，开销要小很多。
主要有三种线程的实现方式：
在进程的生命周期中，当进程从一个运行状态到另外一状态变化的时候，其实会触发一次调度。
比如，以下状态的变化都会触发操作系统的调度：
因为，这些状态变化的时候，操作系统需要考虑是否要让新的进程给 CPU 运行，或者是否让当前进程从 CPU 上退出来而换另一个进程运行。
另外，如果硬件时钟提供某个频率的周期性中断，那么可以根据如何处理时钟中断 ，把调度算法分为两类：
针对上面的五种调度原则，总结成如下：
说白了，这么多调度原则，目的就是要使得进程要「快」。
（1）先来先服务调度算法
（2）最短作业优先调度算法
（3）高响应比优先调度算法
（4）时间片轮转调度算法
（5）最高优先级调度算法
（6）多级反馈队列调度算法
（1）管道
管道传输数据是单向的
同时，我们得知上面这种管道是没有名字，所以「|」表示的管道称为匿名管道，用完了就销毁。
管道还有另外一个类型是命名管道，也被叫做 FIFO，因为数据是先进先出的传输方式。
我们可以看出，管道这种通信方式效率低，不适合进程间频繁地交换数据。当然，它的好处，自然就是简单，同时也我们很容易得知管道里的数据已经被另一个进程读取了。
其实，所谓的管道，就是内核里面的一串缓存。从管道的一段写入的数据，实际上是缓存在内核中的，另一端读取，也就是从内核中读取这段数据。另外，管道传输的数据是无格式的流且大小受限。
（2）消息队列
前面说到管道的通信方式是效率低的，因此管道不适合进程间频繁地交换数据。
对于这个问题，消息队列的通信模式就可以解决。比如，A 进程要给 B 进程发送消息，A 进程把数据放在对应的消息队列后就可以正常返回了，B 进程需要的时候再去读取数据就可以了。同理，B 进程要给 A 进程发送消息也是如此。
再来，消息队列是保存在内核中的消息链表，在发送数据时，会分成一个一个独立的数据单元，也就是消息体（数据块），消息体是用户自定义的数据类型，消息的发送方和接收方要约定好消息体的数据类型，所以每个消息体都是固定大小的存储块，不像管道是无格式的字节流数据。如果进程从消息队列中读取了消息体，内核就会把这个消息体删除。
（3）共享内存
共享内存的机制，就是拿出一块虚拟地址空间来，映射到相同的物理内存中。这样这个进程写入的东西，另外一个进程马上就能看到了，都不需要拷贝来拷贝去，传来传去，大大提高了进程间通信的速度。
（4）信号量
为了防止多进程竞争共享资源，而造成的数据错乱，所以需要保护机制，使得共享的资源，在任意时刻只能被一个进程访问。正好，信号量就实现了这一保护机制。
信号量其实是一个整型的计数器，主要用于实现进程间的互斥与同步，而不是用于缓存进程间通信的数据。
信号量表示资源的数量，控制信号量的方式有两种原子操作：
P 操作是用在进入共享资源之前，V 操作是用在离开共享资源之后，这两个操作是必须成对出现的。
（5）信号
对于异常情况下的工作模式，就需要用「信号」的方式来通知进程。
所以，信号事件的来源主要有硬件来源（如键盘 Cltr+C ）和软件来源（如 kill 命令）。
信号是进程间通信机制中唯一的异步通信机制，因为可以在任何时候发送信号给某一进程，一旦有信号产生，我们就有下面这几种，用户进程对信号的处理方式。
1.执行默认操作。Linux 对每种信号都规定了默认操作，例如，上面列表中的 SIGTERM 信号，就是终止进程的意思。
2.捕捉信号。我们可以为信号定义一个信号处理函数。当信号发生时，我们就执行相应的信号处理函数。
3.忽略信号。当我们不希望处理某些信号的时候，就可以忽略该信号，不做任何处理。有两个信号是应用进程无法捕捉和忽略的，即 SIGKILL 和 SEGSTOP，它们用于在任何时候中断或结束某一进程。
（6）socket
前面提到的管道、消息队列、共享内存、信号量和信号都是在同一台主机上进行进程间通信，那要想跨网络与不同主机上的进程之间通信，就需要 Socket 通信了。
实际上，Socket 通信不仅可以跨网络与不同主机的进程间通信，还可以在同主机上进程间通信。
互斥：共享资源互斥访问
同步：进程的先后顺序
使用加锁操作和解锁操作可以解决并发线程/进程的互斥问题。
任何想进入临界区的线程，必须先执行加锁操作。若加锁操作顺利通过，则线程可进入临界区；在完成对临界资源的访问后再执行解锁操作，以释放该临界资源。
信号量是操作系统提供的一种协调共享资源访问的方法。
通常信号量表示资源的数量，对应的变量是一个整型（sem）变量。
另外，还有两个原子操作的系统调用函数来控制信号量的，分别是：
sem 减 1，相减后，如果 sem < 0，则进程/线程进入阻塞等待，否则继续，表明 P 操作可能会阻塞；sem 加 1，相加后，如果 sem <= 0，唤醒一个等待中的进程/线程，表明 V 操作不会阻塞；P 操作是用在进入临界区之前，V 操作是用在离开临界区之后，这两个操作是必须成对出现的。
生产者-消费者问题描述：
我们对问题分析可以得出：
那么我们需要三个信号量，分别是：
mutex：用于互斥访问缓冲区，初始化值为 1；fullBuffers：用于消费者询问缓冲区是否有数据，有数据则读取数据，初始化值为 0（表明缓冲区一开始为空）；emptyBuffers：用于生产者询问缓冲区是否有空位，有空位则生成数据，初始化值为 n （缓冲区大小）；前面的「哲学家进餐问题」对于互斥访问有限的竞争问题（如 I/O 设备）一类的建模过程十分有用。
另外，还有个著名的问题是「读者-写者」，它为数据库访问建立了一个模型。
读者只会读取数据，不会修改数据，而写者即可以读也可以修改数据。
读者-写者的问题描述：
死锁只有同时满足以下四个条件才会发生：
互斥锁是一种「独占锁」，比如当线程 A 加锁成功后，此时互斥锁已经被线程 A 独占了，只要线程 A 没有释放手中的锁，线程 B 加锁就会失败，于是就会释放 CPU 让给其他线程，既然线程 B 释放掉了 CPU，自然线程 B 加锁的代码就会被阻塞。
互斥锁加锁失败时，会从用户态陷入到内核态，让内核帮我们切换线程，虽然简化了使用锁的难度，但是存在一定的性能开销成本。
那这个开销成本是什么呢？会有两次线程上下文切换的成本：
自旋锁是通过 CPU 提供的 CAS 函数（Compare And Swap），在「用户态」完成加锁和解锁操作，不会主动产生线程上下文切换，所以相比互斥锁来说，会快一些，开销也小一些。
一般加锁的过程，包含两个步骤：
自旋锁是最比较简单的一种锁，一直自旋，利用 CPU 周期，直到锁可用。需要注意，在单核 CPU 上，需要抢占式的调度器（即不断通过时钟中断一个线程，运行其他线程）。否则，自旋锁在单 CPU 上无法使用，因为一个自旋的线程永远不会放弃 CPU。
自旋锁开销少，在多核系统下一般不会主动产生线程切换，适合异步、协程等在用户态切换请求的编程方式，但如果被锁住的代码执行时间过长，自旋的线程会长时间占用 CPU 资源，所以自旋的时间和被锁住的代码执行的时间是成「正比」的关系，我们需要清楚的知道这一点。
自旋锁与互斥锁使用层面比较相似，但实现层面上完全不同：当加锁失败时，互斥锁用「线程切换」来应对，自旋锁则用「忙等待」来应对。
它俩是锁的最基本处理方式，更高级的锁都会选择其中一个来实现，比如读写锁既可以选择互斥锁实现，也可以基于自旋锁实现。
读写锁从字面意思我们也可以知道，它由「读锁」和「写锁」两部分构成，如果只读取共享资源用「读锁」加锁，如果要修改共享资源则用「写锁」加锁。
所以，读写锁适用于能明确区分读操作和写操作的场景。
读写锁的工作原理是：
所以说，写锁是独占锁，因为任何时刻只能有一个线程持有写锁，类似互斥锁和自旋锁，而读锁是共享锁，因为读锁可以被多个线程同时持有。
知道了读写锁的工作原理后，我们可以发现，读写锁在读多写少的场景，能发挥出优势。
一个进程最多可以创建多少个线程？
这个问题跟两个东西有关系：
在前面我们知道，在 32 位 Linux 系统里，一个进程的虚拟空间是 4G，内核分走了1G，留给用户用的只有 3G。
那么假设创建一个线程需要占用 10M 虚拟内存，总共有 3G 虚拟内存可以使用。于是我们可以算出，最多可以创建差不多 300 个（3G/10M）左右的线程。
同时持有。
知道了读写锁的工作原理后，我们可以发现，读写锁在读多写少的场景，能发挥出优势。
一个进程最多可以创建多少个线程？
这个问题跟两个东西有关系：
在前面我们知道，在 32 位 Linux 系统里，一个进程的虚拟空间是 4G，内核分走了1G，留给用户用的只有 3G。
那么假设创建一个线程需要占用 10M 虚拟内存，总共有 3G 虚拟内存可以使用。于是我们可以算出，最多可以创建差不多 300 个（3G/10M）左右的线程。
一般来说如果线程是因为非法访问内存引起的崩溃，那么进程肯定会崩溃，为什么系统要让进程崩溃呢，这主要是因为在进程中，各个线程的地址空间是共享的，既然是共享，那么某个线程对地址的非法访问就会导致内存的不确定性，进而可能会影响到其他线程，这种操作是危险的，操作系统会认为这很可能导致一系列严重的后果，于是干脆让整个进程崩溃