【操作系统】02.进程管理

news2024/11/25 18:31:00

多道程序系统

多道就是将多个程序同时装入内存，使之并发运行。操作系统也是基于多道产生的，提高了资源利用率和系统吞吐量。

进程

定义

进程是程序的一次执行
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

在引入线程后，线程成为调度的基本单位，进程仍是资源分配的基本单位

进程实体的组成

程序：是一组指令的组合

进程：是程序的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位

进程实体：在程序的一次执行过程，会在内存中产生 程序块、数据块、程序控制块 这三部分，这三部分构成了进程实体，又叫进程影像。

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程序块

一般也被称为代码段。
代码段是进程的程序指令在内存中的位置，包含需要执行的指令集合；

数据块

是进程的操作数据在内存中的位置，包含需要操作的数据集合

程序控制块 PCB

（Program Control Block，PCB）
包含进程的描述信息和控制信息，是进程存在的唯一标志。

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PCB的组织方式

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  • 链接方式
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  • 索引方式
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进程的特征

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进程的状态

状态

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除此之外，还有挂起态：就绪挂起和阻塞挂起

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进程状态的转换

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进程的控制

进程控制主要就是要实现进程状态之间的转换

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原语

进程控制一般是由OS的内核中的原语来实现的

为了保证PCB的状态和所处队列等信息一致，需要将这些修改操作一气呵成

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进程的创建与终止

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进程的切换

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进程的阻塞与唤醒

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进程的挂起与激活

进程的通信

进程通信是指进程之间的信息交换

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共享存储

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管道通信

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消息传递

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CS系统

主要用户不同计算机之间进程的通信

  • 套接字

  • 远程过程调用和远程方法调用

进程同步

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进程同步与互斥

进程互斥的实现，是在同一个进程中先P后V
进程同步的实现，是在两个进程中先V后P

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临界资源的访问

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硬件实现方法

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中断屏蔽方法

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TestAndSet指令

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Swap指令

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信号量机制

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分类

  • 整型信号量
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  • 记录型信号量
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信号量的应用

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  • 实现进程互斥

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  • 实现进程同步

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  • 实现进程的前驱关系
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管程机制

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eg. synchronized
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常见问题

生产者与消费者问题

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多生产者与多消费者问题

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当盘子的容量为1的时候，可以不用写mutex；当盘子的容量大于1的时候，需要mutex

吸烟者问题

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读者与写者问题

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哲学家进餐问题

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线程

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  • 进程是资源分配的基本单位，线程是调度的基本单位
  • 一个进程可以有多个线程

线程的属性

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线程的实现方式

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Java语言采用的就是多对多模型

处理机调度

当有一堆任务要处理，但由于资源有限，这些事情没法同时处理。这就需要确定某种规则来决定处理 这些任务的顺序，这就是“调度”研究的问题。

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处理机调度的层次

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高级(作业)调度

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高级调度主要用于多批到批处理系统中，而在分时和实时系统中不设置高级调度。

中级(内存)调度

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低级(进程)调度

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调度的准则

  • 周转时间短
  • 响应时间短
  • 系统吞吐量大
  • 资源利用率高
  • 公平
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进程调度

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进程调度的时机

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内核程序临界区
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普通代码（普通临界区）访问普通临界资源（例如IO设备），可以进行处理机调度
内核程序（内核程序临界区）访问内核数据结构（例如就绪队列），不可以进行处理机调度

进程调度的方式

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进程的切换与过程

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广义进程调度：

  • 选择一个进程（狭义进程调度）
  • 进程切换：
    • 保存原来进程的数据
    • 恢复新进程的数据

调度算法

评价指标

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  • CPU利用率
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  • 系统吞吐量

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  • 周转时间
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  • 带权周转时间
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  • 等待时间

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  • 响应时间

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早期批处理算法

下面三种算法适用于早期批处理算法

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先来先服务

FCFS是最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度，也可以用于进程调度
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eg
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短作业优先

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  • 非抢占
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  • 抢占
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注意事项
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高响应比优先

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eg

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现代交互算法

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时间片轮转

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一般来说,设计时间片时要让切换进程的开销占比不超过1%

eg
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优先级调度

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  • 非抢占式
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  • 抢占式
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    注意事项
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多级反馈队列

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eg
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对于实时调度：

  1. 最早截止时间优先：任务截止时间越早，优先程度越高
  2. 最低松弛度优先：任务越紧急，优先程度越高

死锁

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产生死锁的条件

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处理策略

预防死锁

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  • 破坏互斥条件

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  • 破坏不剥夺条件

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  • 破坏请求和保持条件

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  • 破坏循环等待条件
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避免死锁

安全序列

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银行家算法

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死锁的检测与解除

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死锁检测算法

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解除死锁

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