Внутренности ОС и процессы

Потоки внутри одного процесса делят общее адресное пространство; разные процессы по умолчанию память не делят. В ядре Linux и то, и другое — один примитив Task, различающийся в основном тем, что разделяется. Процессы всё же могут обмениваться данными через сокеты, пайпы или сигналы либо явно делить память через shm_open или mmap.

Да, это реально. top показывает CPU процесса как сумму по всем ядрам, поэтому 146% означает, что процесс использует примерно 1.46 ядра одновременно — это нормально для многопоточной программы на многоядерной машине. Без дополнительного контекста нельзя сказать, что это проблема; в общем случае всё в порядке. Считать любое значение выше 100% невозможным — это ответ-красный-флаг.

Файловый дескриптор — это небольшое целое число, которое ОС возвращает при открытии ресурса, и которое затем используется для чтения, записи и других операций. Он обозначает не только файлы на диске, но и пайпы, сокеты, устройства и отображённые в память файлы. По соглашению 0 — это stdin, 1 — stdout, 2 — stderr; каждый процесс стартует с этими тремя открытыми.

Найдите PID через ps aux | grep или top, затем пошлите сигнал командой kill <pid>. Обычный kill шлёт SIGTERM (15), прося процесс завершиться корректно и освободить ресурсы. kill -9 шлёт SIGKILL, который процесс не может перехватить или обработать — он гибнет мгновенно без очистки, поэтому его применяют, только когда SIGTERM игнорируется.

Прикладной код работает в user space — ограниченном режиме процессора, где видна только собственная виртуальная память процесса и недоступны привилегированные инструкции. Ядро работает в kernel space с полным доступом к устройствам, управлению памятью и всему набору инструкций. Разделение изолирует ОС, чтобы сбойное или вредоносное приложение не повредило систему; переход выполняется через системный вызов.

Страница — это единица фиксированного размера (обычно 4 КБ), которой ОС управляет виртуальной памятью. Ядро отображает каждую виртуальную страницу на физический фрейм, на файл или на своп, а биты прав на страницу защищают области от записи или исполнения. Страничная организация даёт процессам безопасно делить физическую RAM и каждому — своё изолированное адресное пространство.

Зависит от свопа. Если своп включён, система может долго тянуть, выгружая память на диск. Если своп выключен, OOM killer ядра начинает убивать процессы, чтобы освободить память, — и не обязательно ваш. OOM killer решает по резидентной памяти (RSS, то, что реально отображено в физическую RAM), а не по большему виртуальному размеру.

Системный вызов — это запрос программы к ОС на операцию, которую она не может сделать сама: чтение файла, открытие сокета, fork. Вызов переводит процессор из user mode в kernel mode: сохраняется состояние пользователя, происходит переход в привилегированный контекст ядра, отрабатывает обработчик, затем возврат. Например, fork клонирует процесс, а epoll позволяет одной горутине ждать готовности многих дескрипторов к чтению.

Mutex даёт эксклюзивный доступ и блокирует ждущих (ОС снимает их с выполнения). Semaphore допускает до N владельцев, обобщая mutex. Spinlock крутится в ожидании без сна — выгоден лишь для очень коротких критических секций на нескольких ядрах. Advisory-блокировки файлов (flock) координируют процессы. В Linux futex — быстрый userspace-примитив, на котором большинство из них построено.