1. 前言

从宏观的角度来看，操作系统就是我们日常使用的 Windows、MacOS、Linux 这类的系统，但是这种直观的用户交互界面只是操作系统的一小部分功能，操作系统如何决定系统的资源调度、如何处理内存的分配以及如何管理网络和文件系统，这些都是隐藏在用户界面之下的内容。

从课程设计的角度来看，操作系统（Operating System）是计算机专业的核心专业课程，所以可以用来衡量候选人的计算机基本功。

对于后端程序员，如果是使用 Java 语言，Java 中的多线程会涉及到进程和线程的关系，这是操作系统中的概念。如果使用 C++ 语言，那么无法避免内存分配和管理，这也是操作系统中的基础概念，因此操作系统是校招面试中的核心之一。

2. 进程和线程

面试官提问： 操作系统中的进程和线程有什么区别？

题目解析：

进程和线程的区别是操作系统面试相关的出现频率最高的题目，没有之一。

在阐述进程和线程的定义之前，最好能够想清楚在操作系统中为什么会出现进程这个概念。

2.1 进程的产生背景

我们希望操作系统能够同时处理多个任务，例如在播放网易云音乐的同时，也能在微信上聊天。计算机的核心处理硬件是 CPU，如果计算机只有一个 CPU，那么播放音乐和处理聊天软件都需要这个 CPU 去执行运算逻辑，那如何做到时间上的同时处理？答案是 CPU 在多个逻辑任务之间来回切换，因为切换速度太快，所以看起来做到了并发执行。

传统操作系统的任务调度采用时间片轮转的方式，在执行一个任务达到时间限制时会暂停处理，然后切换到处理下一个任务。每一个任务执行的时间间隔就是一个时间片，被执行的任务处于运行状态，被暂停的任务处于就绪状态，如图所示：

2.2 进程和线程的区别

首先给出进程和线程的基本定义：

• 进程（Process） ：是操作系统任务调度的基本单元， 目的是为了实现操作系统的并发。
• 线程（Thread） ：线程是进程的子任务，是进程中实际运行的任务，线程是程序执行的最小单元。

然后分析两者之间的主要区别：

（1）包含关系：一个线程肯定归属于一个进程，但是一个进程可以包含多个线程。
（2）内存管理：操作系统会给进程分配独立的内存空间，但是一个进程下的多个线程共享内存空间。以 Java 编程为例，同一个 main 函数进程下的多个线程共享代码段（代码和常量），以及数据段（全局变量和静态变量），这些都是共享的内存空间，不过需要注意，每个线程会有独立的运行栈空间。
（3）单元定义：从内存分配的角度就能看出，进程是资源分配的最小单元，线程是 CPU 执行的最小单元。
（4）系统开销：创建进程和线程的系统开销是不同的，因为在创建和销毁进程时，操作系统需要分配和回收内存资源，创建线程不需要切换整体内存空间，所以创建进程的系统开销远大于创建线程；在切换进程时需要保存 CPU 运行的上下文，切换线程只需要切换 CPU 中少数寄存器的内容，所以切换进程的系统开销也远大于切换线程。
（5）稳定性分析：因为不会共用内存空间，所以一个进程挂了对另外的进程影响很小，但是同一进程下的线程是共享内存的，所以一个线程挂了，会影响到其他线程。
（6）通信：因为不同进程处于不同的内存空间，所以通信方式比较麻烦，具体方式将在之后的小节介绍。同一进程下的线程之间通信方式相对简单，因为共享内存，可以读写相同的内存空间。

3. 小结

本章节介绍了操作系统中进程的起源原因，以及从操作系统内存管理的角度分析了进程和线程之间的区别。