两道操作系统面试题 4.9

进程和线程的区别是什么？

• 本质方面，进程是操作系统进行资源分配的基本单位；线程是任务调度和执行的基本单位
• 在切换开销方面，每个进程都有独立的代码和数据空间（程序上下文），进程之间的切换会有较大的开销；线程可以看做轻量级的进程，一个进程中的线程之间共享代码和堆空间，同一进程中的线程的切换，只需要切换运行栈和程序计数器，开销较小‘
• 在稳定性方面，如果一个进程崩溃了，往往不会影响其他进程及其兄弟进程和父进程；如果一个线程崩溃了，会影响到所在的整个进程
• 内存分配方面：系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存空间；对线程而言，除了CPU外，系统不会为其分配内存，线程所使用的资源来自其所属进程的资源，同一进程中的线程之间只能共享资源
• 包含关系：一个进程中可以包含多个线程；一个线程会属于一个进程

进程间的通信方式（IPC）有哪些？

• 管道：包含匿名管道和有名管道。匿名管道仅用于父子进程和兄弟进程之间的通信，有名管道可以作为文件存在，可以让无亲缘关系的进程之间通信。特点是简单但单向，适合小数据流，效率较低。
• 消息队列：内核维护的消息链表，进程通过唯一标识符访问。特点是支持不同类型消息（按优先级或类型读取），但涉及内核态切换，性能一般。
• 共享内存：多个进程映射同一块物理内存，直接读写数据。特点是速度最快（无需复制数据），但需同步机制（如信号量）避免冲突。
• 信号量：用于进程同步的计数器，通过 P()等待 和 V()释放操作控制资源访问。特点是解决竞态条件，本身不传递数据，需配合其他IPC使用。
• 信号：异步通知机制（如 SIGINT 终止进程），通过 kill 命令或系统调用发送。特点是轻量级，仅传递信号编号，不能传输复杂数据。
• 套间字：支持跨网络通信（如TCP/UDP），也可用于本地进程。特点是通用性强，但开销较大，适用分布式系统。
• 内存映射文件：文件映射到进程内存空间，多个进程共享同一文件。特点是适合大文件处理，类似共享内存但依赖文件系统。

选择依据

• 速度：共享内存 > 管道 > 消息队列 > 套接字。
• 复杂度：套接字 > 共享内存（需同步） > 管道。
• 场景：简单数据流用管道；高性能用共享内存；跨机器用套接字。