进程与线程
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进程是操作系统资源分配的基本单位，线程是 CPU 调度的基本单位。理解两者的区别是掌握并发编程的前提。
进程
进程是一个正在运行的程序实例，拥有独立的地址空间、文件描述符、信号处理等资源。
进程状态
创建
↓
就绪（Ready）←──── 运行（Running）
↑ │
│ 时间片到/抢占 │ 等待 IO 或资源
└────────────── 阻塞（Blocked）
↑
IO 完成/资源就绪
运行 ──exit──→ 终止（Terminated）
PCB（进程控制块）
OS 用 PCB 描述和管理进程，包含：进程标识（PID）、CPU 寄存器状态、内存管理信息（页表基址）、IO 状态（打开的文件描述符）、调度信息（优先级、时间片）。
线程
线程是进程内的执行流，共享进程的地址空间和资源，但拥有独立的程序计数器（PC）、寄存器组和栈。
进程 vs 线程
| 进程 | 线程 | |
|---|---|---|
| 资源 | 独立地址空间 | 共享进程资源 |
| 创建开销 | 大（fork 复制地址空间） | 小 |
| 通信 | IPC（管道、共享内存等） | 直接读写共享变量 |
| 崩溃影响 | 不影响其他进程 | 会导致整个进程崩溃 |
| 切换开销 | 大（需切换地址空间） | 小 |
线程模型
| 模型 | 说明 | 示例 |
|---|---|---|
| 用户态线程 | 由用户库管理，内核不感知，切换快 | 协程、早期 goroutine |
| 内核态线程 | 由 OS 调度，可利用多核 | Linux pthread |
| 混合模型（M:N） | M 个用户线程映射到 N 个内核线程 | Go 运行时、Java 虚拟线程 |
上下文切换
CPU 从执行 A 切换到 B 的过程：
1. 保存 A 的寄存器、PC 等到 PCB/TCB
2. 调度器选择下一个运行的进程/线程
3. 从 B 的 PCB/TCB 恢复寄存器状态
4. 跳转到 B 的 PC 继续执行
进程切换还需刷新 TLB（切换地址空间），开销比线程切换更大。
进程间通信（IPC）
| 方式 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| 管道（Pipe） | 单向，父子进程间，内核缓冲 | Shell 管道 | |
| 命名管道（FIFO） | 双向，无关进程间 | 本地进程通信 |
| 信号（Signal） | 异步通知，无数据 | 进程控制（SIGKILL、SIGTERM） |
| 共享内存 | 最快，需同步机制 | 高性能本地通信 |
| 消息队列 | 有格式的消息传递 | 解耦生产/消费 |
| 信号量（Semaphore） | 计数器，用于同步和互斥 | 资源访问控制 |
| Socket | 跨网络通信 | 分布式系统 |
线程同步
多线程共享数据时需防止竞态条件（Race Condition）：
| 机制 | 说明 |
|---|---|
| 互斥锁（Mutex） | 同一时刻只有一个线程进入临界区 |
| 读写锁（RWLock） | 允许多读者并发，写者独占 |
| 信号量（Semaphore） | 控制对 N 个资源的并发访问 |
| 条件变量（Cond） | 配合互斥锁，条件不满足时阻塞，满足时唤醒 |
| 原子操作（Atomic） | 硬件级别的不可分割操作，无需加锁 |
协程（Coroutine）
协程是用户态的轻量级”线程”，由程序自主调度（非抢占），切换开销极小：
| 线程 | 协程 | |
|---|---|---|
| 调度者 | 操作系统 | 运行时/用户程序 |
| 切换开销 | 较大（内核态） | 极小（用户态） |
| 并行 | 可真正并行 | 单线程内并发 |
| 适用 | CPU 密集 | IO 密集 |