理解进程线程的十个知识点本文主要讲述跟进程线程相关的十个知识点，主要是辅助理解，如果想进一步了解进程、线程和协程的区别，

前言

「这是我参与11月更文挑战的第3天，活动详情查看：2021最后一次更文挑战」

本文主要讲述跟进程线程相关的十个知识点，主要是辅助理解，如果想进一步了解进程、线程和协程的区别，也可以看看这篇文章。

第一个知识点就是简单认识下操作系统，毕竟进程线程都是运行在操作系统上的。

什么是操作系统呢？在《现代操作系统》这本书中写到，我们的计算机是由处理器（CPU）、内存、磁盘、键盘等硬件设备所组成的，为了更方便地管理这些硬件设备，就在计算机上安装了一层软件，称为操作系统。

为了方便理解，这里也给出了一张概览图，最底层是我们的硬件层，从下往上依次是我们的操作系统、用户接口程序（Shell或GUI）和我们的应用（即进程）。

硬件驱动，即操作系统操纵硬件设备的接口。根据上图，可以看到硬件驱动介于操作系统和硬件之间，是他们之间沟通的桥梁。

为什么会有硬件驱动呢？这是因为同一件硬件设备，比如硬盘，存在多个厂商生产，而每个厂商使用的技术不同，所以操作的方式也会有所不同。

解决兼容的方式有两个，一是操作系统兼容硬件设备，即有新的厂商出现，操作系统都要做修改，当然这种方式肯定不现实；二是硬件设备兼容操作系统，也就是硬件驱动。

可能一开始接触编程的朋友并不太熟悉系统调用，毕竟一般情况下编程语言又在系统调用上再封装了一层，使得我们接触的机会比较少。

其实系统调用就是操作系统提供给用户操作硬件设备的接口，如果将操作系统比作第三方库，系统调用就是这个库开放的各种函数。

典型的系统调用有 fork，用于创建进程（针对Unix系统）。

当你运行一个程序的时候，你可以理解为你的程序处于用户态，但当你要执行文件操作、网络数据发送等操作时，需要涉及到 write、send 等系统调用，此时会从用户态切换到内核态。

用户态和内核态主要区别在于权限不同，用户态的权限较低，这是为了避免用户不小心执行了一些危险操作，从而导致系统奔溃。

从用户态切换到内核态的三种方式：

操作系统需要对连接到计算机上的所有硬件设备进行管理，要管理这些设备，首先得和它们互相通信才行，一般有两种方案可实现这种功能：

第一种方案会让内核做不少的无用功，因为轮询总会周期性的重复执行，会大量地耗用 CPU 时间，因此效率比较低下，所以一般都是采用第二种方案。

在第二种方案中，中断是一种电信号，由硬件设备产生，并由中断控制器向处理器（CPU）发送相应的信号。处理器一经检测到该信号，便中断自己当前正在处理的工作，转而去处理中断。此后，处理器会通知操作系统已经产生中断，这样，操作系统就可以对这个中断进行适当的处理。

在讲进程线程的切换时，经常会涉及到寄存器的概念，简单理解的话，寄存器就是一个容器，用来存储中间结果。

比如有一个线程计算从1加到100，但是在50的时候会切到另外一个线程，这时就得把1加到50的中间结果保存在寄存器中，如果不保存的话，程序又会从1开始，从而使程序错乱。

寄存器的种类有四种，比较重要的有三种，堆栈指针、标志寄存器以及程序计数器（下图使用红色星星标出）。

早期的时候，只有单CPU单核，后面为了让计算机执行更快，执行的任务数更多，就出现了多CPU；而增加CPU的成本太高，所以就出现了CPU多核。计算机并行数量等于： CPU数量 * 单个CPU的核心数。

并发指计算机允许执行多个任务，但这些任务不是同时进行，而是交替执行；并行指计算机允许执行多个任务，但这些任务是同时进行的，同时进行的任务数量取决于CPU数量，以及每个CPU的核心数。

CPU密集型任务指该任务大部分的时间用来做计算、逻辑等耗费CPU的操作（CPU负载高）；IO密集型任务指该任务大部分的时间都在等待IO读写（CPU负载低）

A函数调用B函数，且必须等待B函数执行完毕，称为同步；A函数调用B函数，不需要等到B函数执行完毕，就可以向下执行C函数，称为异步。