进程管理

进程与线程

进程与线程的基本概念

• 进程（Process）：是操作系统进行资源分配和调度的基本单位，每个进程都有独立的内存空间。进程是一个独立的执行环境，拥有独立的内存空间和系统资源。

• 线程（Thread）：是CPU调度和分派的基本单位，线程共享所属进程的资源。线程是进程内的一个执行单元，多个线程共享进程的内存空间和资源。

在Java中：

• 一个JVM实例就是一个进程
• Java线程是映射到操作系统的原生线程上
• 通过java.lang.Thread类可以创建和管理线程

进程的特点

• 独立性：进程是资源分配的基本单位，每个进程都有独立的地址空间
• 动态性：进程是程序的一次执行过程，是动态的
• 并发性：多个进程可以并发执行
• 异步性：进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进

线程的特点

• 轻量级：创建和销毁成本低
• 共享性：同一进程内的线程共享进程的资源
• 并发性：多线程可以并发执行
• 灵活性：线程切换开销小

进程调度

常见的进程调度算法

1. 先来先服务（FCFS）

   • 按照进程到达的先后顺序进行调度
   • 优点：公平简单
   • 缺点：对短作业不利

2. 短作业优先（SJF）

   • 优先调度运行时间短的进程
   • 优点：有利于短作业
   • 缺点：可能导致长作业饥饿

3. 优先级调度

   • 按照进程的优先级进行调度
   • 分为抢占式和非抢占式
   • Java线程的优先级（1-10）就是基于此实现

4. 时间片轮转

   • 每个进程被分配一个时间片
   • 时间片用完后被切换到队列末尾
   • 多线程并发执行的基础

5. 多级反馈队列

   • 结合多个队列的优势
   • 可以同时兼顾短作业和交互式作业

进程间通信

进程间通信（IPC）的主要方式

1. 管道（Pipe）

   • 半双工通信方式
   • 数据单向流动
   • 适用于父子进程间通信

2. 命名管道（Named Pipe）

   • 可以在不相关的进程间通信
   • 支持多个进程间的通信

3. 消息队列（Message Queue）

   • 消息的链表
   • 存放在内核中
   • 消息具有特定的格式

4. 共享内存（Shared Memory）

   • 最快的IPC方式
   • 多个进程共享同一块内存空间
   • 需要同步机制配合

5. 信号量（Semaphore）

   • 主要用于进程间同步
   • 也可用于进程间通信

6. 套接字（Socket）

   • 可用于不同机器间的进程通信
   • 最为灵活的通信方式

同步与互斥

• 互斥：对共享资源的互斥访问
• 同步：进程间的协调执行关系

实现机制

1. 信号量：P、V操作
2. 管程：封装的互斥访问方法
3. 条件变量：等待和通知机制