請你說一下進程與線程的概念，以及爲什麼要有進程線程，其中有什麼區別，他們各自又是怎麼同步的。
01 基本概念：
- 進程是對運行時程序的封裝，是系統進行資源分配和獨立運行的的基本單位，實現了操作系統的併發；
- 一個程序加載到內存後就變爲進程。進程是程序的一次執行過程。
進程 = 數據 + 程序 + 執行。- 線程可以理解爲進程中執行的一段程序片段。
- 線程是進程的子任務，是CPU調度和分派的基本單位，用於保證程序的實時性，實現進程內部的併發；
- 線程是操作系統可識別的最小執行和調度單位。每個線程都獨自佔用一個虛擬處理器：獨自的寄存器組，指令計數器和處理器狀態。每個線程完成不同的任務，但是共享同一地址空間（也就是同樣的動態內存，映射文件，目標代碼等等），打開的文件隊列和其他內核資源。
- 同一進程中的兩段代碼不能夠同時執行，除非引入線程。
02 區別：
- 一個線程只能屬於一個進程，而一個進程可以有多個線程，但至少有一個線程。線程依賴於進程而存在。
- 進程在執行過程中擁有獨立的內存單元，而多個線程共享進程的內存。（資源分配給進程，同一進程的所有線程共享該進程的所有資源。同一進程中的多個線程共享代碼段（代碼和常量），數據段（全局變量和靜態變量），擴展段（堆存儲）。但是每個線程擁有自己的棧段，棧段又叫運行時段，用來存放所有局部變量和臨時變量。）
- 進程是資源分配的最小單位，線程是CPU調度的最小單位；
- 系統開銷： 由於在創建或撤消進程時，系統都要爲之分配或回收資源，如內存空間、IO設備等。因此，操作系統所付出的開銷將顯著地大於在創建或撤消線程時的開銷。類似地，在進行進程切換時，涉及到整個當前進程CPU環境的保存以及新被調度運行的進程的CPU環境的設置。 而線程切換隻須保存和設置少量寄存器的內容，並不涉及存儲器管理方面的操作。可見，進程切換的開銷也遠大於線程切換的開銷。
- 進程切換需要分兩步：切換頁目錄、刷新TLB以使用新的地址空間；切換內核棧和硬件上下文（寄存器）；
- 而同一進程的線程間邏輯地址空間是一樣的，不需要切換頁目錄、刷新TLB。
- 通信：由於同一進程中的多個線程具有相同的地址空間，致使它們之間的同步和通信的實現，也變得比較容易。進程間通信IPC，線程間可以直接讀寫進程數據段（如全局變量） 來進行通信——需要進程同步和互斥手段的輔助，以保證數據的一致性。在有的系統中，線程的切換、同步和通信都無須操作系統內核的干預
- 進程編程調試簡單可靠性高，但是創建銷燬開銷大；線程正相反，開銷小，切換速度快，但是編程調試相對複雜。
- 進程適應於多核、多機分佈；線程適用於多核。
- 一個進程崩潰，不會對其他進程產生影響；而一個線程崩潰，會讓同一進程內的其他線程也死掉。
請問線程需要保存哪些上下文，SP、PC、EAX這些寄存器是幹嘛用的
- 線程在切換的過程中需要保存當前線程Id、線程狀態、堆棧、寄存器狀態等信息。其中寄存器主要包括SP PC EAX等寄存器，其主要功能如下：
- SP: 堆棧指針，指向當前棧的棧頂地址
- PC: 程序計數器，存儲下一條將要執行的指令
- EAX: 累加寄存器，用於加法乘法的缺省寄存器
03 進程間通信的方式：
- 進程之間的交互稱爲
進程間通信（Inter-Process Communication，IPC）。 - 進程間通信主要包括管道、系統IPC（包括消息隊列、信號量、信號、共享內存等）、以及套接字socket。
爲什麼要通信？
- 父進程在創建子進程後，通常需要監督子進程的狀態，以便於子進程沒有完成給定的任務時，可以再創建一個子進程來繼續。這就需要父子進程間通信。
1.管道：
管道主要包括無名管道和命名管道：管道可用於具有親緣關係的父子進程間的通信，有名管道除了具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關係進程間的通信。
1.1 普通管道PIPE：
- 它是半雙工的（即數據只能在一個方向上流動），具有固定的讀端和寫端。
- 它只能用於具有親緣關係的進程之間的通信（也是父子進程或者兄弟進程之間）
- 它可以看成是一種特殊的文件，對於它的讀寫也可以使用普通的read、write等函數。但是它不是普通的文件，並不屬於其他任何文件系統，並且只存在於內存中。
1.2 命名管道FIFO：先進先出
- FIFO可以在無關的進程之間交換數據。
- FIFO有路徑名與之相關聯，它以一種特殊設備文件形式存在於文件系統中。
2. 系統IPC：
2.1 消息隊列
- 消息隊列，是消息的鏈接表，存放在內核中。一個消息隊列由一個標識符（即隊列ID）來標記。 (消息隊列克服了信號傳遞信息少，管道只能承載無格式字節流以及緩衝區大小受限等特點)具有寫權限得進程可以按照一定得規則向消息隊列中添加新信息；對消息隊列有讀權限得進程則可以從消息隊列中讀取信息；
特點：
- 消息隊列是面向記錄的，其中的消息具有特定的格式以及特定的優先級。
- 消息隊列獨立於發送與接收進程。進程終止時，消息隊列及其內容並不會被刪除。
- 消息隊列可以實現消息的隨機查詢，消息不一定要以先進先出的次序讀取,也可以按消息的類型讀取。
2.2 信號量 semaphore
- 信號量（semaphore） 與已經介紹過的 IPC 結構不同，它是一個計數器，可以用來控制多個進程對共享資源的訪問。
- 信號量用於實現進程間的互斥與同步，而不是用於存儲進程間通信數據。
特點：
- 信號量用於進程間同步，若要在進程間傳遞數據需要結合共享內存。
- 信號量基於操作系統的 PV 操作，程序對信號量的操作都是原子操作。
- 每次對信號量的 PV 操作不僅限於對信號量值+1 或 -1，而且可以加減任意正整數。
4)支持信號量組。
2.3 信號signal
- 信號是一種比較複雜的通信方式，用於通知接收進程某個事件已經發生。
2.4 共享內存（Shared Memory）
- 它使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，不同進程可以及時看到對方進程中對共享內存中數據得更新。這種方式需要依靠某種同步操作，如互斥鎖和信號量等
特點：
- 共享內存是最快的一種IPC，因爲進程是直接對內存進行存取。
- 因爲多個進程可以同時操作，所以需要進行同步。
- 信號量+共享內存通常結合在一起使用，信號量用來同步對共享內存的訪問。
3. 套接字SOCKET：
- socket也是一種進程間通信機制，與其他通信機制不同的是，它可用於不同主機之間的進程通信。
04 線程間通信的方式:
- 臨界區：通過多線程的串行化來訪問公共資源或一段代碼，速度快，適合控制數據訪問；
- 互斥量Synchronized/Lock：採用互斥對象機制，只有擁有互斥對象的線程纔有訪問公共資源的權限。因爲互斥對象只有一個，所以可以保證公共資源不會被多個線程同時訪問。
- 信號量Semphare：爲控制具有有限數量的用戶資源而設計的，它允許多個線程在同一時刻去訪問同一個資源，但一般需要限制同一時刻訪問此資源的最大線程數目。
- 事件(信號)，Wait/Notify：通過通知操作的方式來保持多線程同步，還可以方便的實現多線程優先級的比較操作
請你說一下多進程和多線程的使用場景
- 多線程模型主要優勢爲線程間切換代價較小，因此適用於I/O密集型的工作場景，因此I/O密集型的工作場景經常會由於I/O阻塞導致頻繁的切換線程。同時，多線程模型也適用於單機多核分佈式場景。
- 多進程模型的優勢是CPU。則多進程模型，適用於CPU密集型。同時，多進程模型也適用於多機分佈式場景中，易於多機擴展。
有了進程，爲什麼還要有線程？
線程產生的原因：
- 進程可以使多個程序能併發執行，以提高資源的利用率和系統的吞吐量；但是其具有一些缺點：
- 進程在同一時間只能幹一件事。
- 進程在執行的過程中如果阻塞，整個進程就會掛起，即使進程中有些工作不依賴於等待的資源，仍然不會執行。
因此，操作系統引入了比進程粒度更小的線程，作爲併發執行的基本單位，從而減少程序在併發執行時所付出的時空開銷，提高併發性。和進程相比，線程的優勢如下：
- 從資源上來講，線程是一種非常"節儉"的多任務操作方式。在linux系統下，啓動一個新的進程必須分配給它獨立的地址空間，建立衆多的數據表來維護它的代碼段、堆棧段和數據段，這是一種"昂貴"的多任務工作方式。
- 從切換效率上來講，運行於一個進程中的多個線程，它們之間使用相同的地址空間，而且線程間彼此切換所需時間也遠遠小於進程間切換所需要的時間。據統計，一個進程的開銷大約是一個線程開銷的30倍左右。
- 從通信機制上來講，線程間方便的通信機制。對不同進程來說，它們具有獨立的數據空間，要進行數據的傳遞只能通過進程間通信的方式進行，這種方式不僅費時，而且很不方便。線程則不然，由於同一進城下的線程之間貢獻數據空間，所以一個線程的數據可以直接爲其他線程所用，這不僅快捷，而且方便。
除以上優點外，多線程程序作爲一種多任務、併發的工作方式，還有如下優點：
1、使多CPU系統更加有效。操作系統會保證當線程數不大於CPU數目時，不同的線程運行於不同的CPU上。
2、改善程序結構。一個既長又複雜的進程可以考慮分爲多個線程，成爲幾個獨立或半獨立的運行部分，這樣的程序纔會利於理解和修改。