1、概念：

我们都知道计算机的核心是CPU，它承担了所有的计算任务，而操作系统是计算机的管理者，它负责任务的调度，资源的分配和管理，统领整个计算机硬件；应用程序是具有某种功能的程序，程序是运行于操作系统之上的。
进程是一个具有一定独立功能的程序在一个数据集上的一次动态执行的过程，是操作系统进行资源分配和调度的一个独立单位，是应用程序运行的载体。进程是一种抽象的概念，从来没有统一的标准定义。
进程一般由程序，数据集合和进程控制块三部分组成。程序用于描述进程要完成的功能，是控制进程执行的指令集；数据集合是程序在执行时所需要的数据和工作区；程序控制块包含进程的描述信息和控制信息是进程存在的唯一标志。

2、进程具有的特征：

动态性：进程是程序的一次执行过程，是临时的，有生命期的，是动态产生，动态消亡的；
并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行；
独立性：进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位；
结构性：进程由程序，数据和进程控制块三部分组成

3、进程同步四种方法：

A：临界区（Critical Section）:
通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。
**优点：**保证在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法
**缺点：**虽然临界区同步速度很快，但却只能用来同步本进程内的线程，而不可用来同步多个进程中的线程。
B：互斥量（Mutex）:
为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。互斥量跟临界区很相似，比临界区复杂，互斥对象只有一个，只有拥有互斥对象的线程才具有访问资源的权限。
**优点：**使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实现资源的安全共享，而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。
缺点：
①互斥量是可以命名的，也就是说它可以跨越进程使用，所以创建互斥量需要的资源更多，所以如果只为了在进程内部是用的话使用临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占用量。因为互斥量是跨进程的互斥量一旦被创建，就可以通过名字打开它。
②通过互斥量可以指定资源被独占的方式使用，但如果有下面一种情况通过互斥量就无法处理，比如现在一位用户购买了一份三个并发访问许可的数据库系统，可以根据用户购买的访问许可数量来决定有多少个线程/进程能同时进行数据库操作，这时候如果利用互斥量就没有办法完成这个要求，信号量对象可以说是一种资源计数器。
C：信号量（Semaphore）:
为控制一个具有有限数量用户资源而设计。它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。互斥量是信号量的一种特殊情况，当信号量的最大资源数=1就是互斥量了。
**优点：**适用于对Socket（套接字）程序中线程的同步。（例如，网络上的HTTP服务器要对同一时间内访问同一页面的用户数加以限制，只有不大于设定的最大用户数目的线程能够进行访问，而其他的访问企图则被挂起，只有在有用户退出对此页面的访问后才有可能进入。）
缺点：
①信号量机制必须有公共内存，不能用于分布式操作系统，这是它最大的弱点；
②信号量机制功能强大，但使用时对信号量的操作分散， 而且难以控制，读写和维护都很困难，加重了程序员的编码负担；
③核心操作P-V分散在各用户程序的代码中，不易控制和管理，一旦错误，后果严重，且不易发现和纠正。
D：事件（Event）: 用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始。
**优点：**事件对象通过通知操作的方式来保持线程的同步，并且可以实现不同进程中的线程同步操作。
总结：
临界区不是内核对象，只能用于进程内部的线程同步，是用户方式的同步。互斥、信号量是内核对象可以用于不同进程之间的线程同步（跨进程同步）。
互斥其实是信号量的一种特殊形式。互斥可以保证在某一时刻只有一个线程可以拥有临界资源。信号量可以保证在某一时刻有指定数目的线程可以拥有临界资源。

4、进程通信：

	每个进程各自有不同的用户地址空间，任何一个进程的全局变量在另一个进程中都看不到，所以进程之间要交换数据必须通过内核，在内核中开辟一块缓冲区，进程1把数据从用户空间拷到内核缓冲区，进程2再从内核缓冲区把数据读走，内核提供的这种机制称为进程间通信（IPC，InterProcess Communication）

通信方式：管道、有名管道、消息队列、信号、信号量、Socket、共享内存
A：管道，匿名管道 Pipe： PipedInputStream 、PipedOutputStream
在Linux下“一切皆文件”，其实这里的管道就是一个文件。管道实现进程通信就是让两个进程都能访问该文件。
管道流是JAVA中线程通讯的常用方式之一，管道的特征：
①单向的，也就是说，两个进程都能访问这个文件，假设进程1往文件内写东西，那么进程2 就只能读取文件的内容。 简而言之数据只能从一端流向另一端而不应该双向流动否则会造成混乱。如果要两个线程之间互通讯，则需要两个管道流。
②只能用于具有血缘关系的进程间通信，通常用于父子进程建通信
③管道是基于字节流来通信的 //byte类型
④依赖于文件系统，它的生命周期随进程的结束结束
⑤其本身自带同步互斥效果，半双工通信。

管道容量大小：64K使用管道需要注意的4种特殊情况：
（1）如果所有指向管道写端的文件描述符都关闭了，而仍然有进程从管道的读端读数据，那么文件内的所有内容被读完后再次read就会返回0，就像读到文件结尾。//强读返回0
（2）如果有指向管道写端的文件描述符没有关闭（管道写段的引用计数大于0），而持有管道写端的进程没有向管道内写入数据，假如这时有进程从管道读端读数据，那么读完管道内剩余的数据后就会阻塞等待，直到有数据可读才读取数据并返回。//空读会阻塞
（3）如果所有指向管道读端的文件描述符都关闭，此时有进程通过写端文件描述符向管道内写数据时，则该进程就会收到SIGPIPE信号，并异常终止。//强写则发生异常
（4）如果有指向管道读端的文件描述符没有关闭（管道读端的引用计数大于0），而持有管道读端的进程没有从管道内读数据，假如此时有进程通过管道写段写数据，那么管道被写满后就会被阻塞，直到管道内有空位置后才写入数据并返回。//写满则阻塞

管道流是JAVA中线程通讯的常用方式之一，基本流程如下：
1）创建管道输出流PipedOutputStream pos和管道输入流PipedInputStream pis
2）将pos和pis匹配，pos.connect(pis);
3）将pos赋给信息输入线程，pis赋给信息获取线程，就可以实现线程间的通讯了。

B：命名管道（Name的Pipe/FIFO）
Sorry,Java 不支持命名管道！！
Java中的管道只先于线程间通信，如果要跨进程，就要使用JNI了。
命名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。命名管道在文件系统中有对应的文件名。命名管道通过命令mkfifo或系统调用mkfifo来创建。

C：消息队列 MessageQueue
Linux下消息队列用于运行于同一台机器上的进程间通信，它和管道很相似，是一个在系统内核中用来保存消息的队列，它在系统内核中是以消息链表的形式出现。消息链表中节点的结构用msg声明。事实上，它是一种正逐渐被淘汰的通信方式，我们可以用流管道或者套接口的方式来取代它，所以，我们对此方式也不再解释，也建议读者忽略这种方式。
消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
消息队列的主要特点是异步处理，主要目的是减少请求响应时间和解耦。所以主要的使用场景就是将比较耗时而且不需要即时（同步）返回结果的操作作为消息放入消息队列。同时由于使用了消息队列，只要保证消息格式不变，消息的发送方和接收方并不需要彼此联系，也不需要受对方的影响，即解耦和。
**Java实现：**定义一个LinkedList，并且定义Synchronized的push方法和pop、peek、empty等方法，在线程中调用。

D：共享内存shared memory/内存映射Mapped memory
**共享内存：**使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式，因为数据不需要在不同的进程间复制。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。通常由一个进程创建一块共享内存区，其余进程对这块内存区进行读写。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。
**内存映射：**内存映射允许任何多个进程间通信，每一个使用该机制的进程通过把一个共享的文件映射到自己的进程地址空间来实现它。
linux得到共享内存有两种方式：映射/dev/mem设备和内存映像文件。
java应用中只能创建映像文件共享内存（内存映射）。共享内存的使用有如下几个特点：
（1）可以被多个进程打开访问；
（2）读写操作的进程在执行读写操作时其他进程不能进行写操作；
（3）多个进程可以交替对某一共享内存执行写操作；
（4）一个进程执行了内存的写操作后，不影响其他进程对该内存的访问。同时其他进程对更新后的内存具有可见性。
（5）在进程执行写操作时如果异常退出，对其他进程写操作禁止应自动解除。
内存映射在java中的实现
jdk1.4中提供的类MappedByteBuffer为我们实现共享内存提供了较好的方法。该缓冲区实际上是一个磁盘文件的内存映像。二者的变化将保持同步，即内存数据发生变化会立刻反映到磁盘文件中，这样会有效的保证共享内存的实现。
将共享内存和磁盘文件建立联系的是文件通道类：FileChannel。该类的加入是JDK为了统一对外部设备（文件、网络接口等）的访问方法，并且加强了多线程对同一文件进行存取的安全性。例如读写操作统一成read和write。这里只是用它来建立共享内存用，它建立了共享内存和磁盘文件之间的一个通道。
打开一个文件建立一个文件通道可以用RandomAccessFile类中的方法getChannel。该方法将直接返回一个文件通道。该文件通道由于对应的文件设为随机存取文件，一方面可以进行读写两种操作，另一方面使用它不会破坏映像文件的内容（如果用FileOutputStream直接打开一个映像文件会将该文件的大小置为0，当然数据会全部丢失）。这里，如果用 FileOutputStream和FileInputStream则不能理想的实现共享内存的要求，因为这两个类同时实现自由的读写操作要困难得多。
共享内存在java应用中，经常有如下两种应用：
（1） 永久对象配置
在java服务器应用中，用户可能会在运行过程中配置一些参数，而这些参数需要永久有效，当服务器应用重新启动后，这些配置参数仍然可以对应用起作用。这就可以用到该文中的共享内存。该共享内存中保存了服务器的运行参数和一些对象运行特性。可以在应用启动时读入以启用以前配置的参数。
（2） 查询共享数据
一个应用（例 sys.java）是系统的服务进程，其系统的运行状态记录在共享内存中，其中运行状态可能是不断变化的。为了随时了解系统的运行状态，启动另一个应用（例 mon.java），该应用查询该共享内存，汇报系统的运行状态。
可见，共享内存在java应用中还是很有用的，只要组织好共享内存的数据结构，共享内存就可以在应用开发中发挥很不错的作用。
E：信号（Signal）
信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送 信号给进程本身；linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction（实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用sigaction函数重新实现了signal函数）。
信号（Signal）是一种处理异步事件的通讯方式，用于通知其他进程或者自己本身，来告知将有某种事件发生。在Java中，信号机制通过wait()，notify()和notifyAll()来实现。其中wait()使得当前调用wait()的线程挂起，并释放已经获得的wait()所在代码块的锁；notify()用于随即唤醒一个被wait()挂起的线程进入线程调度队列；notifyAll()用于唤醒所有被wait()挂起的线程进入线程调度队列。（java 实现管程时可以使用wait 和notify实现）
F：信号量（Semaphore）-----JUC实现
Semaphore是用来保护一个或者多个共享资源的访问，Semaphore内部维护了一个计数器，其值为可以访问的共享资源的个数。一个线程要访问共享资源，先获得信号量，如果信号量的计数器值大于1，意味着有共享资源可以访问，则使其计数器值减去1，再访问共享资源。
如果计数器值为0,线程进入休眠。当某个线程使用完共享资源后，释放信号量，并将信号量内部的计数器加1，之前进入休眠的线程将被唤醒并再次试图获得信号量。
主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
Semaphore 的原子操作：检查数值、修改变量值、以及可能发生的睡眠操作均作为一个单一的不可分割的原子操作。

5、进程调度：

A：FCFS（First come first serve)，或者称为FIFO算法，先来先处理。这个算法的优点是简单，实现容易，并且似乎公平；缺点在于短的任务有可能变的非常慢，因为其前面的任务占用很长时间，造成了平均响应时间非常慢。
B：时间片轮询算法，这是对FIFO算法的改进，目的是改善短程序（运行时间短）的响应时间，其方法就是周期性地进行进程切换。这个算法的关键点在于时间片的选择，时间片过大，那么轮转就越接近FIFO，如果太小，进程切换的开销大于执行程序的开销，从而降低了系统效率。因此选择合适的时间片就非常重要。选择时间片的两个需要考虑的因素：一次进程切换所使用的系统消耗以及我们能接受的整个系统消耗、系统运行的进程数。
时间片轮询看上起非常公平，并且响应时间非常好，然而时间片轮转并不能保证系统的响应时间总是比FIFO短，这很大程度上取决于时间片大小的选择，以及这个大小与进程运行时间的相互关系。
C：STCF算法（Short time to complete first)，顾名思义就是短任务优先算法。这种算法的核心就是所有的程序都有一个优先级，短任务的优先级比长任务的高，而OS总是安排优先级高的进程运行。
STCF又分为两类：非抢占式和抢占式。非抢占式STCF就是让已经在CPU上运行的程序执行到结束或者阻塞，然后在所有的就绪进程中选择执行时间最短的来执行；而抢占式STCF就不是这样，在每进来一个新的进程时，就对所有进程（包括正在CPU上执行的进程）进行检查，谁的执行时间短，就运行谁。STCF总是能提供最优的响应时间，然而它也有缺点，第一可能造成长任务的程序无法得到CPU时间而饥饿，因为OS总是优先执行短任务；其次，关键问题在于我们怎么知道程序的运行时间，怎么预测某个进程需要的执行时间？通常有两个办法：使用启发式方法估算（例如根据程序大小估算），或者将程序执行一遍后记录其所用的CPU时间，在以后的执行过程中就可以根据这个测量数据来进行STCF调度。
D：优先级调度，STCF遇到的问题是长任务的程序可能饥饿，那么优先级调度算法可以通过给长任务的进程更高的优先级来解决这个问题；优先级调度遇到的问题可能是短任务的进程饥饿，这个可以通过动态调整优先级来解决。实际上动态调整优先级（称为权值）+时间片轮询的策略正是linux的进程调度策略之一的 SCHED_OTHER分时调度策略