进程间如何通信

1. 管道连接内核空间。缺点：管道效率低，不太适合通信。
2. 使用消息队列：内核中的消息链表。
   缺点：
   • 链表有长度上限，不太适合较大数据的传输
   • 内核态与用户态间拷贝数据存在开销
3. 共享内存，两个应用写的虚拟内存映射到同一个物理内存中
4. 信号量
5. socket（socket支持同一个服务器不同进程间通信）

进程间上下文切换

在操作系统中，进程和线程的切换是多任务处理的核心部分，涉及到上下文切换。上下文切换是指操作系统在保存当前执行的进程或线程的状态，并恢复另一个进程或线程的状态，使其能够继续执行。以下是进程和线程切换的详细过程和区别：

进程切换

1. 保存当前进程的上下文：

   • 当操作系统决定切换进程时，它会保存当前进程的上下文，包括程序计数器（PC）、寄存器状态、内存管理信息（如页表）、文件描述符表等。
   • 这些信息通常存储在进程控制块（PCB, Process Control Block）中。

2. 更新进程调度队列：

   • 操作系统将当前进程的状态更新为等待（waiting）或就绪（ready），并将其放入相应的调度队列中。
   • 选择下一个要运行的进程，并将其状态更新为运行（running）。

3. 加载新进程的上下文：

   • 操作系统从新进程的 PCB 中恢复其上下文，包括程序计数器、寄存器状态、内存管理信息等。
   • 切换到新进程的地址空间（虚拟内存）。

4. 切换到新进程：

   • 更新 CPU 的程序计数器，使其指向新进程的下一条指令。
   • 开始执行新进程。

线程切换

线程切换与进程切换类似，但由于线程共享同一进程的地址空间和资源，切换的开销较小。

1. 保存当前线程的上下文：

   • 当操作系统决定切换线程时，它会保存当前线程的上下文，包括程序计数器、寄存器状态等。
   • 这些信息通常存储在线程控制块（TCB, Thread Control Block）中。

2. 更新线程调度队列：

   • 操作系统将当前线程的状态更新为等待或就绪，并将其放入相应的调度队列中。
   • 选择下一个要运行的线程，并将其状态更新为运行。

3. 加载新线程的上下文：

   • 操作系统从新线程的 TCB 中恢复其上下文，包括程序计数器、寄存器状态等。

4. 切换到新线程：

   • 更新 CPU 的程序计数器，使其指向新线程的下一条指令。
   • 开始执行新线程。

区别

1. 上下文切换的开销：

   • 进程切换的开销较大，因为需要切换整个地址空间和相关资源，如内存页表、文件描述符等。
   • 线程切换的开销较小，因为线程共享进程的地址空间和大部分资源，只需切换寄存器和程序计数器等少量信息。

2. 调度粒度：

   • 进程调度是操作系统的核心功能，涉及到进程的创建、销毁、同步和通信等。
   • 线程调度可以在用户态或内核态进行，用户态线程库（如 Pthreads）可以实现用户级线程的调度，而内核态线程则由操作系统内核调度。

上下文切换的触发条件

1. 时间片到期：

   • 操作系统使用时间片轮转调度算法时，当当前进程或线程的时间片用完，会触发上下文切换。

2. 阻塞操作：

   • 当前进程或线程执行阻塞操作（如 I/O 操作、等待信号量等）时，会触发上下文切换。

3. 优先级调度：

   • 操作系统根据进程或线程的优先级进行调度，当有更高优先级的进程或线程需要运行时，会触发上下文切换。

4. 中断处理：

   • 硬件中断（如时钟中断、I/O 中断）会触发操作系统进行上下文切换，以处理中断事件。

总之，进程和线程的切换是操作系统实现多任务处理的关键机制，通过上下文切换，操作系统能够在多个进程或线程之间高效地分配 CPU 资源。