本文已参与「新人创作礼」活动，一起开启掘金创作之路。

1. 说说多线程和多进程的不同

（1）一个线程从属于一个进程；一个进程可以包含多个线程。

（2）一个线程挂掉，对应的进程挂掉，多线程也会挂掉；一个进程挂掉不会影响其他进程，多进程稳定。

（3）进程系统开销显著大于线程开销；线程需要的系统资源更少。

（4）多个进程在执行时拥有各自独立的内存单元，多个线程共享进程的内存，如代码段、数据段、扩展段；但每个线程拥有自己的栈段和寄存器组。

（5）多进程切换时需要TLB获取新的地址空间，然后切换硬件上下文和内核栈；而多线程切换时只需要切换硬件上下文和内核栈。

（6）通信方式不一样。多线程的通信方式有临界区、互斥量、信号量、条件变量、读写锁；多进程的通信方式有管道、系统PIC（包括消息队列、信号量、信号、共享内存）、套接字socket。

（7）多进程适应于多核、多机分布；多线程适用于多核。

2. 简述互斥锁的机制，互斥锁与读写锁的区别

互斥锁机制：mutex，用于保证在任何时刻，都只能有一个线程访问该对象。当获取锁操作失败时，线程会进入睡眠，等待锁释放时被唤醒。

互斥锁与读写锁： （1）读写锁区分读者和写者，而互斥锁不区分；

（2）互斥锁同一时间只允许一个线程访问该对象，无论读写；读写锁同一时间内只允许一个写者，但是允许多个读者同时读对象。

互斥锁原理：

互斥锁其实就是一个bool型变量，为true时表示锁可获取，为false时表示已上锁。这里的互斥锁其实是泛指Linux所有的锁机制。

我们采用互斥锁保护临界区，从而防止竞争条件。也就是说，一个线程在进入临界区时应得到锁；它在退出临界区时释放锁。函数acquire()获取锁，而函数release()释放锁，如下面的伪代码：

do {
	获得锁
	关键区
	释放锁
	剩余区
} while(true);

每个互斥锁都有一个布尔变量available，它的值表示锁是否可用。如果锁可用，那么调用acquire()会成功，并且锁不再可用。当一个线程试图获取不可用的锁时，它会阻塞，知道锁被释放。

如下定义acquire()：

acquire() {
	while (!available);
	
	/* busy wait */
	available = false;
}

如下定义release()：

release() {
	available = true;
}

3. 说说什么是信号量，有什么作用？

概念

信号量本质上是一个计数器，用于多进程对共享数据对象的读取，它主要是用来保护共享资源（信号量也属于临界资源），使得资源在一个时刻只能由一个进程独享。

原理

由于信号量只能进行两种操作等待和发送信号，即P(sv)和V(sv)，具体的行为如下：

（1）P(sv)操作

如果sv的值大于0，就给它减1；如果它的值为0，就挂起该进程的执行（信号量的值为正，进程获得该资源的使用权，进程将信号量减1，表示它使用了一个资源单位）。

（2）V(sv)操作

如果有其他进程因等待sv而被挂起，就让它恢复运行，如果没有进程因等待而挂起，就给它加1（若此时信号量的值为0，则进程进入挂起状态知道信号量的值大于0，若进程被唤醒则返回第一步）。

作用

用于多进程对共享数据对象的读取，它主要是用来保护共享资源（信号量也属于临界资源），使得资源在一个时刻只有一个进程独享。

4. 进程、线程的中断切换过程是怎么样的？

上下文切换指的是内核（操作系统的核心）在CPU上对进程或者线程进行切换。

进程上下文切换

（1）保护被中断进程的处理器的现场信息； （2）修改被中断进程的进程控制块有关信息，如进程状态等； （3）把被中断进程的进程控制块加入有关队列； （4）选择下一个占有处理器运行的进程； （5）根据被选中进程设置操作系统用到的地址转换和存储保护信息；

切换页目录以使用新的地址空间（TLB） 切换内核栈和硬件上下文（包括分配的内存，数据段，堆栈段等）

（6）根据被选中进程恢复处理器现场

线程上下文切换

（1）保护被中断线程的处理器的现场信息； （2）修改被中断线程的线程控制块有关信息，如线程状态等； （3）把被中断线程的线程控制块加入有关队列； （4）选择下一个占有处理器运行的线程； （5）根据被选中线程设置操作系统用到的存储保护信息；

切换内核栈和硬件上下文（切换堆栈，以及各寄存器）

（6）根据被选中线程恢复处理器现场。

5. 简述自旋锁和互斥锁的使用场景

（1）互斥锁用于临界区持锁时间比较长的操作，比如下面这种情况都可以考虑 a.临界区有IO操作 b.临界区代码复杂或者循环量大 c.临界区竞争非常激烈 d.单核处理器

（2）自旋锁就主要用在持锁时间非常短且CPU资源不紧张的情况下。

6. 多线程和单线程有什么区别，多线程编程需要注意什么，多线程加锁需要注意什么？

区别

（1）多线程从属于一个进程，单线程也从属于一个进程；一个线程挂掉都会导致从属的进程挂掉。

（2）一个进程里有多个线程，可以执行多个任务；一个进程里只有一个线程就只能执行一个任务。

（3）多线程并发执行多任务，需要切换内核栈与硬件上下文，有切换的开销；单线程不需要切换，没有切换的开销。

（4）多线程并发执行多任务，需要考虑同步的问题；单线程则不用考虑。

多线程编程需要考虑的问题

多线程编程需要考虑同步的问题。线程间的同步方式包括互斥锁、信号量、条件变量、读写锁。

多线程加锁需要注意什么

多线程加锁需要注意死锁的问题。破坏死锁的必要条件来避免死锁。

7. 说说sleep和wait的区别

sleep

sleep是一个延时函数，让进程或线程进入休眠。休眠完毕后继续运行。

在linux下，sleep函数的参数是毫秒 例如：

#include <windows.h>// 首先应该先导入头文件 

//注意第一个字母是大写。 //就是到这里停半秒，然后继续向下执行。
Sleep (500) ; 

在linuxC语言中sleep的单位是秒 例如：

#include <unistd.h>// 首先应该先导入头文件
 
//停5秒 //就是到这里停5秒，然后继续向下执行。
sleep(5);

wait

wait是父进程回收子进程PCB资源的一个系统调用。进程一旦调用了wait函数，就立即阻塞本身，然后由wait函数自动分析当前进程的某个子进程是否已经退出，当找到一个已经变成僵尸的子进程时，wait就会手机这个子进程的信息，并把它彻底销毁后返回；如果没有找到这样一个子进程，wait就会一直阻塞，直到有一个出现为止。

函数原型：

#include<sys/types.h>
#include<sys/wait.h>
pid_t wait(int* status);  

子进程的结束状态值会由参数statues返回，而子进程的进程识别码也会一起返回。如果不需要结束状态值，参数status可以设成NULL。

区别：

（1）sleep是一个延时函数，让进程或线程进入休眠。休眠完毕后继续运行。

（2）wait是父进程回收子进程PCB（Process Control Block）资源的一个系统调用。

8. 说说线程池的设计思路，线程池中线程的数量由什么来确定

设计思路：

（1）设置一个生产者消费者队列，作为临界资源；

（2）初始化n个线程，并让它们运行起来，加锁区队列里取任务运行；

（3）当任务队列为空时，所有线程阻塞。

（4）当生产者队列来了一个任务后，先对队列加锁，把任务挂到队列上，然后使用条件变量去通知阻塞中的一个线程来处理。

线程池中线程数量：

线程数量和哪些因素有关：CPU、IO、并行、并发 如果是CPU密集型应用，则线程池大小设置为：CPU数目 + 1；

如果是IO密集型应用，则线程池大小设置为：2*CPU数目 + 1；

最佳线程数目 = （线程等待时间与线程CPU时间之比 + 1）* CPU数目

所以线程等待时间比越高，线程需要越多；线程CPU时间所占比例越高，线程需要越少。

为什么要创建线程池：

创建线程和销毁线程的花销是比较大的，这些时间有可能比处理业务所花的时间还要多，频繁的创建线程和销毁线程，再加上业务工作流程，消耗系统资源的时间，可能会导致系统资源不足。同时线程池也是为了提升系统效率而被创造出来的。

线程池的核心线程和普通线程：

任务队列可以存放100个任务，此时为空，线程池里有10个核心线程，若突然来了10个任务，那么刚好10个核心线程直接处理；若又来了90个任务，此时核心线程来不及处理，那么有80个任务先入队列，再创建核心线程处理任务；若又来了120个任务，此时任务队列已满，不得已，就得创建20个普通线程来处理多余的任务。 以上是线程池的工作流程。

9. 进程和线程相比，为什么慢？

（1）进程系统开销比线程大；线程所需要的系统资源更少。 （2）进程切换开销比线程大。多进程切换时需要刷新TLB并获取新的地址空间，然后切换硬件上下文和内核栈；多线程切换时只需要切换上下文和内核栈。 （3）进程通信比线程通信所花费的开销大。进程通信需要借助管道、消息队列、共享内存、需要额外申请空间，通信繁琐；而线程共享进程的内存，如代码段、数据段、扩展段，通信快捷简单，同步开销更小。

10. 简述Linux零拷贝的原理

什么是零拷贝：

所谓【零拷贝】，描述的是计算机操作系统中，CPU不执行将数据从一个内存区域，拷贝到另一个内存区域的任务。通过网络传输文件时，可以节省CPU周期和内存带宽。

零拷贝的好处：

（1）节省了CPU周期，空出的CPU可以完成更多其他的任务； （2）减少了内存区域之间数据的拷贝，节省内存带宽； （3）减少用户态和内核态之间数据的拷贝，提升数据传输效率； （4）应用零拷贝技术，减少用户态和内核态之间的上下文切换。

零拷贝原理：

在传统的IO中，用户态与内核态空间之间的复制时完全不必要的，因为用户态空间仅仅只起到了一种数据转存媒介的作用，除此之外，没有做任何事情。

（1）Linux 提供了 sendfile() 用来减少我们的数据拷贝和上下文切换次数。 a. 发起 sendfile() 系统调用，操作系统由用户态空间切换到内核态空间（第一次上下文切换）

b. 通过 DMA 引擎将数据从磁盘拷贝到内核态空间的输入的 socket 缓冲区中（第一次拷贝）

c. 将数据从内核空间拷贝到与之关联的 socket 缓冲区（第二次拷贝）

d. 将 socket 缓冲区的数据拷贝到协议引擎中（第三次拷贝）

e. sendfile() 系统调用结束，操作系统由用户态空间切换到内核态空间（第二次上下文切换）

根据以上过程，一共有 2 次的上下文切换，3 次的 I/O 拷贝。我们看到从用户空间到内核空间并没有出现数据拷贝，从操作系统角度来看，这个就是零拷贝。内核空间出现了复制的原因: 通常的硬件在通过DMA访问时期望的是连续的内存空间。 （2）mmap数据零拷贝原理 如果需要对数据做操作，Linux提供了mmap的零拷贝来实现。