操作系统多进程多线程的相关问题？
先说说多进程，这就像是咱家里好几个独立的家庭，各自过着各自的日子。
想象一下，你开了一台电脑，同时运行着浏览器、音乐播放器、聊天软件，甚至可能还有一个虚拟机。这些你看到的、能操作的，绝大多数都是一个一个独立的“进程”。每个进程都像是电脑里的一个“小王国”，有自己的地盘（内存空间）、自己的资源（CPU时间、文件句柄等），还有一套自己的“规矩”（进程ID、进程状态等）。
核心特点是啥？独立！
独立的内存空间： 这是最重要的。每个进程都有自己私有的内存区域，就像每个家庭都有自己独立的房子。一个进程里的数据，另一个进程根本就看不到、也碰不到。这带来了极大的安全性——一个进程崩溃了，比如浏览器卡死了，一般不会影响到其他正在运行的程序，比如你的音乐播放器依然会好好播放。这种隔离性让系统更稳定。
独立的资源： 每个进程都需要 CPU 时间来执行指令，也可能需要访问磁盘、网络等资源。操作系统会负责给每个进程分配这些资源，并且要保证公平分配。
通信相对复杂： 正因为内存空间是隔离的，进程之间想“说话”，那就得通过一些特殊的“信道”，比如管道（pipe）、消息队列（message queue）、共享内存（shared memory）或者套接字（socket）等等。这就像两个家庭想交流，得通过电话、邮件或者派个信使过去，过程会相对麻烦一些。
创建和切换成本高： 创建一个进程需要操作系统分配一大堆东西：独立的内存空间、各种控制信息、文件句柄等等。这个过程就像是建立一个新的家庭，从头开始准备各种东西，所以开销挺大的。同样，操作系统在不同进程之间切换执行权时，也需要保存和恢复很多状态信息，这个切换过程也比在同一个进程内部切换要慢一些。
啥时候会用到多进程呢？
安全性要求高： 比如你运行一个网络服务，为了防止一个恶意请求导致整个服务器瘫痪，你可以把每个客户端连接都放到一个独立的进程里处理。这样，即使某个进程被搞挂了，也不会影响到其他服务。
需要充分利用多核CPU： 如果你的任务可以拆分成多个完全独立的子任务，并且这些子任务之间没有太多依赖，那么用多个进程并行执行，就能充分利用多核CPU的威力，大大缩短总执行时间。
简单任务的并行： 比如你有很多文件需要处理，每个文件处理过程互相独立，就可以起多个进程来同时处理这些文件。
接下来，咱们聊聊多线程。这就像是一个大家庭里，有好几个兄弟姐妹，一起在家里活动。
线程，是进程内部更小的执行单元。一个进程可以包含一个或多个线程。你可以把进程想象成一个“工厂”，而线程就是这个工厂里的“工人”。
核心特点是啥？共享！
共享进程的资源： 这是线程最牛的地方。同一进程内的所有线程，都共享这个进程的地址空间（内存），包括代码段、数据段、堆等。这意味着，线程之间可以直接访问和修改同一份数据，就像一个家庭里的成员可以直接拿到冰箱里的食物一样。
通信效率高： 因为共享内存，线程之间的通信非常方便，可以直接读写共享变量。就像家里人之间直接对话一样，效率极高。
创建和切换成本低： 创建一个线程，相比创建一个进程，只是在进程的基础上多了一个执行流，开销小得多。线程的切换也只需要保存和恢复少量的CPU寄存器和栈信息，比进程切换要快很多。
容易出现数据竞争： 由于共享数据，如果多个线程同时修改同一块数据，就可能出现“乱序”或者不一致的情况，这就是所谓的“数据竞争”（Data Race）。比如两个线程同时给一个账户加钱，如果操作顺序不对，可能会导致加钱失败或者重复。这就需要用到锁（Lock）、信号量（Semaphore）等同步机制来保护共享数据。
一个线程崩溃可能导致整个进程崩溃： 由于线程共享进程资源，如果一个线程出了严重错误（比如访问了非法内存），很可能就会导致整个进程崩溃，就像家里一个人突然生重病，可能会影响到所有家庭成员的正常生活。
啥时候会用到多线程呢？
提高程序的响应速度： 比如一个GUI应用程序，当你点击一个按钮进行一个耗时操作时，如果这个操作在一个单独的线程里执行，那么主线程（负责处理用户界面事件）仍然可以响应其他用户操作，不会出现界面卡死的情况。
并发执行任务： 很多时候，程序需要同时处理多个事情。比如一个Web服务器，可以为每个客户端请求创建一个线程来处理，这样就能同时服务多个用户。
利用多核CPU： 和多进程一样，多线程也可以利用多核CPU来并行执行。而且由于线程切换和创建成本低，对于那些需要频繁切换任务或者任务之间联系比较紧密的场景，多线程可能更合适。
总结一下，这俩好兄弟的区别就像是独立家庭 vs. 同一个大家庭里的成员：
| 特性 | 多进程 | 多线程 |
| : | : | : |
| 内存空间 | 各自独立，互不干扰 | 共享所属进程的内存空间 |
| 资源 | 各自拥有独立的资源（文件句柄等） | 共享所属进程的资源 |
| 通信 | 复杂，需要IPC机制（管道、消息队列等） | 简单高效，直接访问共享内存 |
| 创建/切换| 开销大 | 开销小 |
| 稳定性 | 一个进程崩溃不影响其他进程 | 一个线程崩溃可能导致整个进程崩溃 |
| 数据安全 | 隔离性好，不易出现数据竞争 | 易出现数据竞争，需同步机制 |
| 适用场景 | 进程隔离需求高、需要独立进程管理；充分利用多核执行独立任务 | 提高程序响应性、频繁I/O操作、任务间通信频繁 |
举个例子：
浏览器多进程： 你打开 Chrome 浏览器，通常情况下，每个标签页、每个插件、甚至浏览器本身的渲染进程、GPU进程都是独立的进程。这样，如果一个标签页卡住了，或者一个插件出了问题，只会影响那个特定的进程，不会导致整个浏览器崩溃。这就是多进程带来的隔离性和稳定性。
Word 文档多线程： 当你在 Word 里打字时，输入文字、格式化文本、拼写检查可能都在后台进行。你可以一边打字（一个线程），一边让 Word 自动保存（另一个线程），同时还在进行拼写检查（再一个线程）。这些操作都发生在同一个 Word 进程里，并且共享 Word 文档的数据。这就是多线程带来的并发性和响应性。
什么时候纠结用哪个？
这个问题其实没有标准答案，得看具体需求。
如果你需要非常高的隔离性，确保一个进程的失败不会影响到其他进程，并且任务之间关联性不强，那么多进程是更好的选择。 比如一些服务器程序，或者需要运行一些可能不稳定但独立的模块。
如果你的任务之间需要频繁地共享数据，并且对通信效率有较高要求，同时创建和切换的成本也需要考虑，那么多线程会是更优的方案。 比如一个图形界面应用，需要同时处理用户交互和后台数据加载。
一点小提示：
在很多现代操作系统和编程语言中，开发者还可以选择更轻量级的“协程”或“任务”（Coroutines/Tasks），它们比线程更灵活，切换成本更低，并且通常是在用户空间实现的，可以进一步提高并发能力，尤其是在处理大量I/O密集型任务时。不过，协程在底层还是需要线程来支撑的。
总而言之，多进程和多线程都是让程序变得更强大、更高效的重要手段。理解它们的原理、优缺点，才能在实际开发中做出更明智的选择，写出既稳定又高效的代码。
网友意见
1.大多数调度器是按照线程调度的，而且，是的，你的线程越多你抢到的cpu也会越多，不过大多数情况下cpu是不用抢的，而计算密集的程序因为时刻处于就绪态也会比io密集的程序获得多得多的时间片，虽然通常计算密集程序的优先级更低
2.不过切个cr3没那么慢吧，而且触发各种中断的时候也可能切cr3，所以感觉对性能没多大影响……tlb不命中的开销确实是有一些的，不过切换线程也可能触发tlb不命中
3.调度肯定最终是调度到线程的，因为只有线程才有rip的值，没有rip就没办法iret。通常内存中会保存所有进程控制块和线程控制块，因通常os是不允许自己的内存被swap的，会大幅度降低效率，页表可以被换出。
每个核心的的调度过程其实可以说是独立的，每个核心的时钟中断是独立的，然后在触发调度时调度程序会在触发调度的那一个核心上进行，所以基本上调度器不需要考虑其他核心的调度情况，然后，因为每个核心都有自己的cr3寄存器，所以，任意4个线程，cpu不在乎是否来自同一个进程，一般调度器也不在乎
4.没必要，切cr3没多少时间，tlb缓存吧反正中断和系统调用都有可能tlb不命中呢，os只能把自己常用的东西放到tlb里面，不可能全放。再说现在内存这么大，tlb不命中还有内存呢，到需要访问swap中的页表的时候就是相对比较少的情况了。
5.异步时钟可以，cpu一个核心有几个可编程时钟，定时的长度可以调的。
6.大多数情况核心是互相独立的，中断，系统调用这些东西都是独立进行，cpu 0上可以运行控制其他核心的特权指令
7.没啥大区别，ipc是在内存中进行的，多核需要一些特殊的lock技巧什么的
1.对于单核CPU，多线程程序和多进程程序调度是一样的吗？即例如最开始系统中有50个进程，加进来一个进程，每个进程的调度频率是1/51，再加进来一个进程，每个进程调度频率是1/52，所以对于一个多进程的程序，如果最开始它开启了2个进程，那么它的调度频率就是2/52。那么如果这个程序是一个进程中开启的是两个线程，那么它的调度周期是2/52，还是1/51，即操作系统是以线程调度还是进程调度。同时对于一个程序是不是开的进程或线程越多，那么一般情况下(不考虑进程线程创建，和特殊情况)，这个程序的效率就越高（同一个调度周期内，它能够上CPU的机会更多）
绝大多数操作系统调度单位是线程，不是进程。
但跟你想象的不同，绝大多数的情况下CPU是闲着的而不是满着，你自己看任务管理器就知道了，在有些OS上时间片的长度不一定固定，如果真是计算密集型任务（需要吃CPU），操作系统会让它多占一会的。
2.对于问题1，如果是以线程为调度单位，那么操作系统会不会优化让连续一个进程的多个线程依次调度，这样就可以节省进程上下文的时间。
对于x86的CPU来说，切进程无非是换页+刷TLB这些，动作其实很快。你打开Windows任务管理器，看上去似乎很多进程，但多数进程都是闲着不干活的。
任务都是有一定优先级的，操作系统考虑的是根据优先级来调度，而不是切换上下文的时间，切换上下文的这点时间不算什么时间。
3.对于多核的CPU（例如4核），是以进程为调度单位，还是以线程为调度单位？如果以进程为调度单位，那么是不是内存中要同时保持4个进程的上下文？如果是以线程为单位，那么是否必须是同一个进程的4个线程，还是可以是4个不同进程的4个不同线程？
不管单核多核，调度单位都是线程，跟进程没关系。具体每个核是同一个进程还是不同进程，操作系统不关系，CPU也不关心，每个CPU都有寄存器能保存当前任务状态，其余的状态都在内存里。
4. 对于3的情况，如果是以线程为调度单位，操作系统是否可以优化，让一个进程的多个线程首先占据4个核，然后下一个调度周期优先让这个进程的其余线程继续跑，余下来的核再给其他进程的线程用，这样可以节省进程上下文的时间。
前面说了，进程切换的代价很低，而且多数情况下一个线程不可能跑满一个时间片，如果一个进程把全部核都占满，如果某些线程跑完了需要释放时间片怎么办？怎么解决每个线程占用时间片长度不同问题？
现场跑完了不释放CPU？浪费。
释放？又不符合你的模型，调度单位又变成线程了。
所以进程不作为调度的单位看待。
5. 多核CPU的每个核能否做到异步时钟？
可以。
6. 多个核，每个核操作系统是统一管理还是分别管理，总感觉对于每个进程在单核CPU中和多核CPU中的管理不同，正所谓4个核 != 一个核*4（效率方面）？
基于线程的调度效率比基于进程的效率高，因为一个进程的各个线程占用时间片是不同的，基于进程的调度会造成极大的CPU时间浪费。
7. 多个核，对于进程通信与线程同步有什么影响？
多核对于操作系统调度、锁的写法方面比较麻烦，对于上层应用，不需要考虑这些问题。按正常多线程加保护就够用了。
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你的问题里，觉得任务切换的开销很大，实际上任务切换代价再大，也比浪费一个时间片要小。
基于进程的多核调度，就意味着某些情况下，某些核的时间片被浪费掉，这种性能损失比任务切换要大得多。
一个时间片内做几百次任务切换都没问题，与其减少任务切换，不如把浪费的时间片都用上。
任务切换的代价比中断切换的代价要小，操作系统中各种外设的中断（时钟、PCI、DMA等）比任务切换的代价要大的多。
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