进程、线程与调度

进程和线程

进程（process）：运行中的程序实例，拥有独立虚拟地址空间、打开文件、句柄等资源，是资源隔离的重要边界。
线程（thread）：进程内的一条执行流，拥有自己的程序计数器、寄存器、栈和线程局部存储；同一进程的线程共享代码、堆、全局数据和多数进程资源。操作系统通常以线程作为实际调度实体。

对比	进程	线程
地址空间	通常隔离	同进程内共享
创建/切换	资源和页表等状态更多，开销通常较大	上下文较少，通常更轻量
通信	管道、共享内存、Socket、消息队列等 IPC	可直接共享内存，但需同步
隔离性	一个进程崩溃通常不直接破坏其他进程	一个线程越界/崩溃常导致整个进程受影响

并发与并行

并发（concurrency）：多个任务在同一时间段推进；单核可通过时间片交替实现。
并行（parallelism）：多个任务在同一时刻由多个硬件执行单元同时执行。

并发关注结构和任务协作；并行关注真实的同时执行与吞吐提升。多核程序可同时具备二者。

用户态与内核态

CPU 通过特权级别保护系统资源：

用户态：应用运行的受限模式，不能直接执行特权指令、操作页表或直接管理硬件。
内核态：操作系统内核运行的高特权模式，可管理硬件、内存、调度和文件系统。

状态切换常由以下事件触发：

系统调用：如 read、write、open，应用通过受控入口请求内核服务；
异常：如缺页、除零、非法指令；
中断：如网卡、磁盘、时钟产生的外部事件；
调度：时钟中断或阻塞事件使内核选择其他可运行线程。

用户态/内核态切换不等同于进程或线程上下文切换；系统调用返回原线程时可能没有发生任务切换。

常见调度算法

算法	特点	问题/适用点
先来先服务 FCFS	按到达顺序执行	简单，但长任务会造成护航效应
最短作业优先 SJF	优先预计运行最短的作业	平均等待时间低；长任务可能饥饿，且难精确预测时长
最短剩余时间 SRTF	SJF 的抢占式版本	新短任务可抢占；长任务仍可能饥饿
优先级调度	按优先级选择	低优先级可能饥饿，可用 aging 提升等待者优先级
时间片轮转 RR	轮流执行固定时间片	适合分时交互；时间片过大退化 FCFS，过小切换开销高
多级反馈队列 MLFQ	多个优先级队列，按行为动态迁移	兼顾交互和吞吐，是通用系统常见思路

进程间通信（IPC）

方式	特征
匿名管道	内核缓冲区字节流，常用于有亲缘关系的进程，通常单向
命名管道 FIFO	有路径名，可用于无亲缘进程，仍是字节流
消息队列	以消息为单位传递，可带类型/优先级
共享内存	多进程映射同一物理页，数据通路最快，但必须额外同步
信号	异步通知某事件，携带信息有限，不适合传大量数据
Socket	可跨主机，也可本机 UNIX domain socket；接口通用
信号量/进程共享锁	主要用于协调对共享资源的访问，而非承载大量数据

条件变量、互斥锁常用于线程同步；在支持进程共享属性和共享内存时，也可被用于进程间同步。