一、进程与线程
进程
进程是资源分配的基本单位。
进程控制块 (Process Control Block, PCB) 描述进程的基本信息和运行状态，所谓的
创建进程和撤销进程，都是指对 PCB 的操作。
下图显示了 4 个程序创建了 4 个进程，这 4 个进程可以并发地执行。
线程
线程是独立调度的基本单位。
一个进程中可以有多个线程，它们共享进程资源。
QQ 和浏览器是两个进程，浏览器进程里面有很多线程，例如 HTTP 请求线程、事件
响应线程、渲染线程等等，线程的并发执行使得在浏览器中点击一个新链接从而发
起 HTTP 请求时，浏览器还可以响应用户的其它事件。
区别
Ⅰ 拥有资源
进程是资源分配的基本单位，但是线程不拥有资源，线程可以访问隶属进程的资源。
Ⅱ 调度
线程是独立调度的基本单位，在同一进程中，线程的切换不会引起进程切换，从一个
进程中的线程切换到另一个进程中的线程时，会引起进程切换。
Ⅲ 系统开销
由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、I/O 设备等，
所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销。类似地，在进行进程切换时，涉及当前执
行进程 CPU 环境的保存及新调度进程 CPU 环境的设置，而线程切换时只需保存和设置少
量寄存器内容，开销很小。
Ⅳ 通信方面
线程间可以通过直接读写同一进程中的数据进行通信，但是进程通信需要借助 IPC。
4、进程（或作业）的调度算法有哪些
4.1、先来先服务（FCFS，First-Come-First-Served）
按照进程进入就绪队列的先后次序来选择进程。
4.2、短进程优先（SPF,Shortest Process Next）
从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程，将处理机分配给它。
4.3、优先权调度算法(Priority)
按照进程的优先权大小来调度。
4.4、高响应比优先调度算法（HRRN，Highest Response Ratio Next）
按照高响应比（（已等待时间＋要求运行时间）/ 要求运行时间）优先的原则【等待时
间长和运行时间短都会增加其优先值】，每次先计算就绪队列中每个进程的响应比，然后
选择其值最大的进程投入运行。
4.5、时间片轮转调度算法（RR，Round-Robin）
当某个进程执行的时间片用完时，调度程序便停止该进程的执行，并将它送就绪队列
的末尾，等待分配下一时间片再执行。然后把处理机分配给就绪队列中新的队首进程，同
先来先服务、短进程优先、优先权调度算法、高响应比优先调度算法、时间片轮转调
度算法、多级队列调度算法
时也让它执行一个时间片。这样就可以保证就绪队列中的所有进程，在一给定的时间内，
均能获得一时间片处理机执行时间。
4.6、多级队列调度算法
多队列调度是根据进程的性质和类型的不同，将就绪队列再分为若干个子队列，所有
的进程按其性质排入相应的队列中，而不同的就绪队列采用不同的调度算法。
5、同步和互斥的区别，同步、异步、阻塞、非阻塞的区别
5.1、同步和互斥【同步体现的是一种协作性，互斥体现的是一种排他性】
同步：就是并发的线程在一些关键点上可能需要互相等待与互通信息，这种相互制约的等
待与互通信息称为进程（线程）同步。
互斥：是指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥
无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。
5.2、同步、异步【关注的是消息通信机制】
同步： 就是指调用者会主动等待调用的返回结果。
异步： 就是指调用者不会主动等待调用结果，而是在调用发生后，被调用者通过状态、通
知来通知调用者。
5.3、阻塞、非阻塞 【关注的是程序在等待调用结果（消息，返回值）时的状
态】
阻塞： 是指调用结果返回前，当前线程会被挂起，即阻塞。
非阻塞： 是指即使调用结果没返回，也不会阻塞当前线程。
6、线程【进程】同步的方式有哪些
6.1、线程同步的基本概念
所谓同步，就是并发的线程在一些关键点上可能需要互相等待与互通信息，这种相互
制约的等待与互通信息称为进程（线程）同步。
“同”其实是协同，而不是同时，同步体现的是一种协作性。
互斥（指某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问）体现的是一种排他性。一般
情况下，同步已经实现了互斥，特别是写入资源的情况必定是互斥的。
临界资源是指一次仅允许一个线程使用的资源。
临界区指的是一个访问共用资源（被多个线程共享的临界资源）的程序片段，而这些共用
资源又无法同时被多个线程访问的特性。当有线程进入临界区段时，其他线程或是进程必
须等待（例如：bounded waiting 等待法），有一些同步的机制必须在临界区段的进入点
与离开点实现，以确保这些共用资源是被互斥获得使用，例如：semaphore。只能被单一
线程访问的设备，例如：打印机。
6.2、线程同步的方式
临界区用于单个进程中线程间的同步；互斥量、信号量、事件用于多个进程间的各个
线程间实现同步。
1、临界区：
使用临界区对象。拥有临界区对象的线程可以访问被保护起来的资源或代码段，其他
线程若想访问，则被挂起，直到拥有临界区对象的线程放弃临界区对象为止【只用于同一
进程】
2、互斥量：
采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限，因为互斥对
象只有一个，所以可以保证公共资源不会同时被多个线程访问。【互斥对象和临界区对象
非常相似，只是其允许在进程间使用，而临界区只限制于同一进程的各个线程之间使用】
3、信号量：
它允许多个线程同一时刻访问同一资源，但是需要限制同一时刻访问此资源的最大线
程数目。
信号量（Semaphore）是一个整型变量，可以对其执行 down 和 up 操作，也就是
常见的 P 和 V 操作。
down : 如果信号量大于 0 ，执行 -1 操作；如果信号量等于 0，进程睡眠，等待信
号量大于 0；
up ：对信号量执行 +1 操作，唤醒睡眠的进程让其完成 down 操作。
down 和 up 操作需要被设计成原语，不可分割，通常的做法是在执行这些操作的时
候屏蔽中断。如果信号量的取值只能为 0 或者 1，那么就成为了 互斥量
（Mutex） ，0 表示临界区已经加锁，1 表示临界区解锁。
信号量（semaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下
一个进程。信号量的值 S 与相应资源的使用情况有关。当 S 大于 0 时，表示当前可用资源
的数量；当 S 小于 0 时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。注意，信号量的值仅
能由 PV 操作来改变。
执行一次 P 操作意味着请求分配一个单位资源，因此 S 的值减 1；当 S < 0 时，表示
已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。
而执行一个 V 操作意味着释放一个单位资源，因此 S 的值加 1；若 S < 0，表示有某
些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。
4、事件（信号）：
事件机制，则允许一个线程在处理完一个任务后，主动唤醒另外一个线程执行任务。
【进程间通信中唯一的一个异步机制】
二、死锁
2.1 什么是死锁？
由于系统中存在一些不可剥夺资源，而当两个或两个以上进程占有自身资源，并请求
对方资源时，会导致每个进程都无法向前推进，这就是死锁。
2.2 死锁产生的原因？
1、竞争资源；
2、进程推进顺序不当（比如 a，b 互相等待对方发信息）。
2.3 死锁产生的必要条件？
1、互斥： 一个资源一次只能被一个进程所使用，即是排它性使用。
2、不剥夺： 一个资源仅能被占有它的进程所释放，而不能被别的进程强制剥夺。
3、请求与保持： 指进程占有自身本来拥有的资源并要求其他资源。
4、循环等待： 存在进程资源的循环等待链，链中每一个进程已获得的资源同时被下一个
进程所请求。
2.4 怎么处理死锁？
死锁的处理策略：
1、鸵鸟策略；
2、预防死锁；
3、避免死锁；
4、死锁的检测及解除。
2.6 预防死锁：破坏四个必要条件之一
1. 破坏互斥条件
即允许进程同时访问某些资源。但是，有的资源是不允许被同时访问的，像打印机等
等。所以，这种办法并无实用价值。
2. 破坏不可剥夺条件
当一个进程已占有了某些资源，它又申请新的资源，但不能立即被满足时，它必须释
放所占有的全部资源，以后再重新申请。这就相当于该进程占有的资源被隐蔽地强占了。
这种预防死锁的方法实现起来困难，会降低系统性能。
3. 破坏请求与保持条件
可以实行资源预先分配策略。即进程在运行前，一次性地向系统申请它所需要的全部
资源。
如果某个进程所需的全部资源得不到满足，则不分配任何资源，此进程暂不运行。只
有当系统能够满足当前进程的全部资源需求时，才一次性地将所申请的资源全部分配给该
进程。由于运行的进程已占有了它所需的全部资源，所以不会发生占有资源又申请资源的
现象，因此不会发生死锁。
4.破坏循环等待条件：实行顺序资源分配法
首先给系统中的资源编号，规定每个进程，必须按编号递增的顺序请求资源，同类资
源一次申请完。也就是说，只要进程提出申请分配资源 Ri，则该进程在以后的资源申请
中，只能申请编号大于 Ri 的资源。
2.7 避免死锁
银行家算法：
当进程首次申请资源时，要测试该进程对资源的最大需求量，如果系统现存的资源可
以满足它的最大需求量则按当前的申请量分配资源，否则就推迟分配。
当进程在执行中继续申请资源时，先测试该进程已占用的资源数与本次申请资源数之
和是否超过了该进程对资源的最大需求量。若超过则拒绝分配资源。若没超过则再测试系
统现存的资源能否满足该进程尚需的最大资源量，若满足则按当前的申请量分配资源，否
则也要推迟分配。
安全序列：
是指系统能按某种进程推进顺序（P1, P2, P3, ..., Pn），为每个进程 Pi 分配其所需要
的资源，直至满足每个进程对资源的最大需求，使每个进程都可以顺序地完成。这种推进
顺序就叫安全序列【银行家算法的核心就是找到一个安全序列】。
系统安全状态 ：
如果系统能找到一个安全序列，就称系统处于安全状态，否则，就称系统处于不安全
状态
2.8 死锁的检测和解除
即在死锁产生前不采取任何措施，只检测当前系统有没有发生死锁，若有，则采取一
些措施解除死锁。
1、死锁的检测
不试图阻止死锁，而是当检测到死锁发生时，采取措施进行恢复。
银行家算法【在动态分配资源的过程中，银行家算法防止系统进入不安全状态，从而
避免死锁】
每种类型一个资源的死锁检测
上图为资源分配图，其中方框表示资源，圆圈表示进程。资源指向进程表示该资源已
经分配给该进程，进程指向资源表示进程请求获取该资源。
图 a 可以抽取出环，如图 b，它满足了环路等待条件，因此会发生死锁。每种类型一
个资源的死锁检测算法是通过检测有向图是否存在环来实现，从一个节点出发进行深度优
先搜索，对访问过的节点进行标记，如果访问了已经标记的节点，就表示有向图存在环，
也就是检测到死锁的发生。
上图中，有三个进程四个资源，每个数据代表的含义如下：
E 向量：资源总量
A 向量：资源剩余量
C 矩阵：每个进程所拥有的资源数量，每一行都代表一个进程拥有资源的数量
R 矩阵：每个进程请求的资源数量
进程P1 和 P2 所请求的资源都得不到满足，只有进程 P3 可以，让 P3 执行，之后释
放 P3 拥有的资源，此时 A = (2 2 2 0)。P2 可以执行，执行后释放 P2 拥有的资源，A =
(4 2 2 1) 。P1 也可以执行。所有进程都可以顺利执行，没有死锁。
每种类型多个资源的死锁检测
算法总结如下：
每个进程最开始时都不被标记，执行过程有可能被标记。当算法结束时，任何没有被
标记的进程都是死锁进程。
1、寻找一个没有标记的进程 Pi，它所请求的资源小于等于 A；
2、如果找到了这样一个进程，那么将 C 矩阵的第 i 行向量加到 A 中，标记该进程，并转
回 1；
3、如果没有这样一个进程，算法终止。
2、死锁的解除
1、资源剥夺：挂起某些死锁进程，并抢占它的资源，将这些资源分配给其他死锁进程。
（但应该防止被挂起的进程长时间得不到资源）；
2、撤销进程：强制撤销部分、甚至全部死锁进程并剥夺这些进程的资源。（撤销的原则可
以按进程优先级和撤销进程代价的高低进行）；
3、进程回退：让一个或多个进程回退到足以避免死锁的地步。【进程回退时自愿释放资源
而不是被剥夺。要求系统保持进程的历史信息，设置还原点。】
3.2、页面置换算法有哪些？
最佳置换算法、先进先出置换算法、最近最久未使用置换算法 LRU、时钟置换算法、
最少使用置换算法：
1、最佳置换算法（Optimal）：即选择那些永不使用的，或者是在最长时间内不再被访问
的页面置换出去。（它是一种理想化的算法，性能最好，但在实际上难于实现）；
2、先进先出置换算法 FIFO：总是淘汰最先进入内存的页面；
3、最近最久未使用置换算法 LRU（Least Recently Used）：即选择最近最久未使用的页
面予以淘汰。【系统在每个页面设置一个访问字段，用以记录这个页面自上次被访问以来
所经历的时间 T，当要淘汰一个页面时，选择 T 最大的页面。】
4、时钟（Clock）置换算法：也叫最近未用算法 NRU（Not RecentlyUsed）。该算法为
每个页面设置一位访问位，将内存中的所有页面都通过链接指针链成一个循环队列。当某
页被访问时，其访问位置“1”。在选择一页淘汰时，就检查其访问位，如果是“0”，就
选择该页换出；若为“1”，则重新置为“0”，暂不换出该页，在循环队列中检查下一个
页面，直到访问位为“0”的页面为止。由于该算法只有一位访问位，只能用它表示该页是
否已经使用过，而置换时是将未使用过的页面换出去，所以把该算法称为最近未用算法。
5、最少使用置换算法 LFU：该算法选择最近时期使用最少的页面作为淘汰页。
3、虚拟内存：虚拟内存是一些系统页文件，存放在磁盘上，每个系统页文件大小为 4K，
物理内存也被分页，每个页大小也为 4K，这样虚拟页文件和物理内存页就可以对应，实际
上虚拟内存就是用于物理内存的临时存放的磁盘空间。页文件就是内存页，物理内存中每
页叫物理页，磁盘上的页文件叫虚拟页，物理页+虚拟页就是系统所有使用的页文件的总
和。