-
程序段，数据段，PCB三部分组成了进程实体。一般情况下，我们把进程实体就简称为进程。
-
所谓创建进程，实质上是创建进程实体中的PCB；而撤销进程，实质是撤销进程实体中的PCB。
-
ＰＣＢ是进程存在的唯一标志。
-
从不同的角度，进程可以有不同的定义
- 进程是程序的一次执行过程
- 进程是程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动
- 进程是具有独立功能的程序，在数据集合上运行的过程，他是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
-
引入进程实体的概念后,可把进程定义为:
- 进程是进程实体的运行过程,是系统进行资源分配和调度的一个独立单位.
- 进程由 程序段,数据段,PCB三个部分组成
- 程序段:代码存放的位置
- 数据段:程序运行时使用和产生的运算数据.
- PCB：操作系统通过PCB来管理进程，因此PCB中应该包含操作系统对其进行管理所需的各种信息．
- 进程描述信息
- 进程控制和管理信息
- 资源分配清单
- 处理机相关信息
- 按照进程状态将PCB分为多个队列
- 操作系统持有指向各个队列的指针 (就绪队列,阻塞队列,运行队列,运行队列里只有一个进程,因为CPU同一时刻只为一个进程服务)
- 根据进程状态的不同建立几张索引表
- 操作系统持有指向各个索引表的指针
-
动态性:动态性是进程最基本的特征,进程是程序的一次执行过程,是动态地产生变化和消亡的
-
并发性:内存中有多个进程实体,各进程可并发执行
-
独立性: 进程是能独立运行,独立获得资源,独立接受调度的基本单位
-
异步性:各进程按各自独立的,不可预知的速度向前推进,操作系统要提供"进程同步机制"来解决异步问题. 异步性导致并发程序执行结果的不确定性.
-
结构性:每个进程会配置一个PCB，结构上看，进程由程序段，数据段，PCB构成
- 运行状态:进程得到CPU和其他资源
- 就绪状态:得到了其他资源但是未被CPU调用
- 阻塞状态:啥都没有
- 创建状态:操作为新进程分配资源,创建PCB
- 终止状态：操作系统回收进程的资源，撤销PCB
- 就绪态-运行态:进程被调度
- 运行态-就绪态:时间片用完,或CPU被其他优先级高的进程占用
- 运行态-阻塞态:等待系统资源分配,或等待某事件发生(主动行为)
- 阻塞态-就绪态:资源分配到位,等待事件的发生(被动行为)
- 创建态-就绪态:系统完成创建进程的相关工作
- 运行态-终止态:进程运行结束,或运行时遇到不可修复的错误
- 进程控制的主要功能是： 对系统中的所有进程实施有效的管理，他具有创建新进程，撤销已有进程，实现进程状态转换等功能。
- 总而言之：进程控制就是要实现进程状态转换
- 原语：用原语实现进程控制。
- 特点：执行期间不允许中断，只能一气呵成。
- 这种不可中断的操作**：原子操作**
- 原语采用：“关中断指令”和“开中断指令”。
- 原语是只允许在核心态下执行的特权指令
-
进程创建,进程的终止,进程的阻塞,进程的唤醒,进程的切换
-
无论哪个原语，执行时无非做三件事情
- 1.更新PCB中的信息（如修改进程状态标志，将运行环境保存到PCB，从PCB恢复运行环境）
- 所有的进程控制原语一定都会修改进程状态标志
- 剥夺当前运行进程的CPU使用权必然需要保存其运行环境
- 将某进程开始运行前必要恢复运行环境
- ２.将PCB插入合适的队列
- 分配／回收资源
- 1.更新PCB中的信息（如修改进程状态标志，将运行环境保存到PCB，从PCB恢复运行环境）
-
**创建原语:**无->创建态->就绪态.
- 申请空白ＰＣＢ
- 为新进程分配所需资源
- 初始化PCB
- 将PCB插入就绪队列
-
撤销原语:
- 从PCB集合中找到终止进程的PCB
- 若进程正在运行,立即剥夺CPU,将CPU分配给其他进程
- 终止其所有子进程
- 将该进程拥有的所有资源归还给父进程或操作系统
- 删除PCB
-
阻塞原语
- 找到要阻塞的进程对于的ＰＣＢ
- 保护进程运行现场，将PCB 状态信息设置为＂阻塞态＂,暂时停止进程运行
- 将PCB插入相应事件的等待队列
-
唤醒原语:
- 在事件等待队列中找到PCB
- 将PCB从等待队列移除,设置进程为就绪态
- 将PCB插入就绪队列,等待被调度
-
切换原语
- 将运行环境信息存入PCB
- PCB移入相应队列
- 选择另一个进程执行,并更新其PCB
- 根据PCB恢复新进程所需的运行环境
- 进程之间的信息交互.进程是分配系统的资源(包括内存地址空间),因此各进程拥有的内存地址空间相互独立
- 为了保证安全,一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间
-
共享存储:
- 操作系统为进程分配一个共享空间.两个进程访问共享空间是互斥的.
- 基于数据结构的共享:共享方式速度慢,限制多,是一种低级通信方式
- 基于存储区的共享:在内存画出一块共享存储区,数据的形式,存放位置都由进程控制,而不是操作系统.相比之下,这种共享方式速度更快,更是一种高级通信方式.
-
管道通信:
管道:是指用于连接读写进程的一个共享文件,又名pipe文件.其实就是在内存中开辟一个大小固定的缓冲区.
- 1.管道只能采用半双工通信,某一时间段内只能实现单向的传输.如果要实现双向同时通信,则需要设置两个管道.
- 2.各进程互斥地访问管道
- 3.数据以字符流的形式写入管道,当管道写满时,写进程的write()系统调用将被阻塞,等待读进程将数据取走.当读进程将数据全部取走后,管道变空,此时读进程的read()系统调用将被阻塞.
- 4.如果没写满,就不允许读.如果没读空,就不允许写.
- 数据一旦被读出,就从管道中被抛弃,就以为着读进程最多只能有一个,否则会有读错数据的情况.
-
消息传递
- 进程间的数据交换以格式化的消息为单位.进程通过操作系统提供的**"发送消息/接受消息 "两个原语**进行数据交换.
- 传递方式
- 直接通信方式:消息直接挂到接收进程的消息缓冲队列上
- 间接通信方式:消息要先发送到中间实体中,因此也称"信箱通信方式".
- 一个进程有多个线程
- 引入线程之后，线程是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单位。
- 各线程之间可以并发的执行，进一步的提升了系统的并发性
- 引入线程之后，进程只作为除CPU之外的系统资源分配单位
- 资源分配和调度的变化：
- 传统进程机制中，进程是资源分配和调度的基本单位。
- 引入线程后，进程是资源分配的基本单位，线程是调度的基本单位
- 并发性的变化
- 传统的只能进程间并发
- 各线程间也能并发，提升了并发度
- 系统开销的变化
- 传统进程间并发，需要切换进程的运行环境，系统开销很大
- 线程间并发，如果是同一进程内的线程切换，则不需要切换进程环境，系统开销小
- 线程是处理机调度的单位
- 多个CPU计算机中，各个进程可占用不同CPU
- 每个线程都有一个线程ID，线程控制块TCB
- 线程也有就绪，阻塞，运行三种基本状态
- 线程几乎不拥有系统资源
- 同一进程的不同线程间共享进程的资源
- 由于共享内存地址空间，同一进程中的线程通信无需操作系统的干预
- 同一进程的线程切换，不会引起进程切换
- 不同进程中的线程切换，会引起进程切换
- 切换同进程内的线程，系统开销很小
- 切换进程，系统开销较大
- 用户级线程
- 由应用程序通过线程库实现
- 线程管理工作都由应用程序负责
- 线程切换在用户态即可完成
- 在用户看来是有多个线程。但是操作系统内核并不意识到线程的存在。
- 内核级线程
- 内核级线程的管理工作由操作系统内核完成
- 线程调度，切换等工作由内核完成，因此内核级线程的切换必须在核心态下才能完成
- 即内核级线程是从操作系统内核视角看能看到的线程
- 二者组合的方式
- 在这种方式下，由于操作系统只看得见内核级线程，因此内核级线程才是处理机分配的单位
- 多对一模型：多个用户级线程映射到一个内核级线程，每个用户进程只对应一个内核级线程
- 优点：用户级线程的切换在用户空间完成，线程管理的系统开销小，效率高
- 缺点：当一个用户级线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞，并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行
- 一对一模型：一个用户级对应一个内核级线程
- 优点：当一个线程被阻塞后，别的线程还可以继续执行，并发能力强。多线程可在多核处理机上并行的执行。
- 缺点：一个用户级进程占用多个内核级线程，线程切换由操作系统内核完成，需要切换到核心态，因此线程管理的成本高，开销大。
- 多对多模型：n->m
- 优点:克服了前面两个的缺点
- 在多道程序中，进程的数量是多余处理机的个数的，这样不能同时并行地处理各个进程。处理机调度，就是从就绪队列中，按照一定的算法选择一个进程并行将处理机分配给它运行，以实现进程的并发执行。
- 高级调度(作业调度)：按照某种规则，从后备队列中选择合适的作业将其调入内存，并为其创建进程
- 中级调度（内存调度）：从挂起队列中选择合适的进程将其数据调回内存
- 低级调度：（进程调度）：按照某种规则，从就绪队列中选择一个进程为其分配处理机
- 进程调度：按照某种算法从就绪队列中选择一个进程为其分配处理机
- 需要进行进程调度与切换的情况
- 当前运行的进程主动放弃处理机
- 进程正常终止
- 运行过程中发生异常而终止
- 进程主动请求阻塞
- 当前运行的进程被动放弃处理机
- 分给进程的时间片用完了
- 有更紧急的事情需要处理
- 有更高优先级的进程进入就绪队列
- 当前运行的进程主动放弃处理机
- 需要进行进程调度与切换的情况
- 有时候不能进行进程的调度
- 在处理中断的过程中：中断处理过程复杂，与硬件密切相关，很难做到在中断处理过程中进行进程调度
- 在操作系统内核 程序临界区：
- 原子操作过程中：原子操作不可中断。
- 临界资源：一个时间段只允许一个进程使用的资源。各进程需要互斥地访问临界资源
- 临界区：访问临界资源的那段代码
- 内核程序临界区一般是用来访问某种 内核数据结构的。比如进程的就绪队列 。
- 内核程序临界区访问的临界资源，如果不尽快释放的话，既有可能影响到操作系统内核的其他管理工作。因此在访问内核程序临界区期间不能进行调度和切换
- 非剥夺调度方式：又称非抢占方式。
- **剥夺调度方式：**当一个进程正在处理机上执行时，如果有一个更 重要或更紧迫的进程需要使用处理机，则立即暂停正在执行的进程，将处理机分配给更重要更紧迫的进程。
- **狭义的进程调度：**指的是从就绪队列中选中一个要运行的进程。
- 进程切换是指一个进程让出处理机，由另一个进程占用处理机的过程
- 广义的进程调度包含了选择一个进程和进程切换两个步骤。
- 进程切换的过程主要完成了：对原来运行进程各种数据的保存和对新的进程各种数据的恢复。
- 进程调度和切换是有代价的，不是调度越 频繁并发度就越高。
- CPU利用率
- 系统吞吐量：单位时间内完成作业的数量
- 周转时间
- 从作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔
- 四个部分
- 作业在外存后备队列上等待作业调度的时间
- 进程在就绪队列等待进程调度的时间
- 进程在CPU上执行的时间
- 进程等待I/o操作完成的时间
- 作业周转时间=作业完成时间-作业提交时间
- 平均周转时间=各作业周转时间之和/作业数
- 带权周转时间=作业周转时间/作业实际运行的时间
- 平均带权周转时间=各作业带权周转时间之和/作业数
- 等待时间 ：处于等待处理机状态时间之和。
- 响应时间：用户提交请求到首次产生响应的时间
- 先来先服务
- 短作业优先
- 高响应比优先
- 算法规则：按照作业/进程到达的先后顺序进行服务
- 用于作业/进程调度：用于作业调度时，考虑的是哪个作业先到达后备队列；用于进程调度时，考虑的是哪个进程先到达就绪队列
- 非抢占师算法
- 优点：公平算法实现简单。 缺点：对于排在长作业后面的短作业需要等待很长时间
- 单标志法： 两个进程在访问完临界区后会把使用临界区的权限转交给另一个进程。也就是说 每个进程进入临界区的权限只能被另一个进程赋予。
- 违背了“空闲让进”的原则
- 双标志先检查法：设置一个布尔型数组flag[],数组中各个元素用来标志各进程想进入临界区的意愿
- 双标志后检查法：