2 - 处理器管理

2 - 处理器管理

标签： 操作系统

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处理器状态

1. 处理器至少分用户态和内核态。

状态	指令	程序	资源
用户态	非特权指令	运行用户程序	申请资源
内核态	可用特权指令	运行系统程序	管理、分配资源

1. 处理器状态的转换

   • 用户态->内核态
     a. 请求操作系统服务
     b. 程序运行时发生中断事件按
     c. 程序运行时产生异常事件

   • 内核态 -> 用户态
     通过计算机提供的加载程序状态字特权指令

     1. 用户栈、核心栈
   • 用户栈：用户进程空间中的一部分，保存函数间相互调用的参数、返回值、返回点、函数的局部变量
   • 核心栈：
     
     • 保存中断现场
     • 操作系统的函数间相互调用的参数、返回值、返回点、函数的局部变量

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中断技术

中断源的分类

中断分为内中断和外中断。
• 内中断即中断，异步中断。包括时钟中断、键盘中断、、、可分为可屏蔽、不可屏蔽中断
• 外中断即异常，同步中断。可分为访管中断、硬件故障中断、程序性异常。

两者区别

1. 中断与当前程序无关，与CPU异步，CPU是被动的，可发生在用户态or内核态。
   异常由CPU控制单元产生，与CPU同步。基本发生在用户态，内核态只有缺页异常。
2. 中断要快速处理，不能阻塞，异常可以被阻塞
   中断可以嵌套，异常大多一重。异常可能产生中断，中断不会被异常打断。

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进程及其实现

进程的属性

• 动态性
• 共享性
• 独立性
• 制约性
• 并发性

进程的状态和转换

1. 三态模型
   进程执行过程中，至少要定义的三种进程状态
   a. 运行态
   b. 就绪态
   c. 等待态
2. 七态模型
   a. 新建态
   b. 终止态
   c. 挂起就绪态
   d. 挂起等待态

进程的描述和组成 P75

• 进程映像：
  
  • 进程控制块：
    
    • 标识信息
    • 现场信息
    • 控制信息
  • 进程程序块
  • 进程核心栈
  • 进程数据块
• 进程上下文：
  
  • 用户级上下文：程序块、数据块、共享内存区、用户栈
  • 寄存器上下文：状态寄存器、指令计数器、栈指针、通用寄存器
  • 系统级上下文：进程控制块、核心栈、内存管理信息

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线程及其实现

线程

• 目的：减少程序并发执行所付出的时空开销，使得并发粒度更细，并发性力度更好。
• 方法：把进程的“独立分配资源”和“被调度分派执行”分离开。
• 线程的状态：运行、就绪、等待、终止

内核级线程

• 内核级线程：管理工作由内核完成，提供线程API来使用线程
• 优点：
  
  1. 在多处理器上同一进程中的多线程并行执行
  2. 若进程中的一个线程被阻塞，内核能够调度同一进程的其他线程占有处理器。
  3. 具有小数据结构和堆栈，切换速度快。
• 缺点：控制权在线程间转换时需经历 用户态-内核态-用户态

用户级线程

• 用户级线程：管理工作由应用程序来做，在用户空间内实现，内核不知道线程存在。
• 运行环境：线程库
• 优点：
  
  1. 切换无需内核特权方式
  2. 允许进程按照特定的调度算法
  3. 跨平台
• 缺点：
  
  1. 一个用户级线程的阻塞会引起进程的阻塞
  2. 用户级线程不能利用多重处理的优点。

线程调度

• 用户级线程：内核不知道线程的存在，以进程为单位调度。
• 内核级线程：选择一个优先级高的线程运行，不考虑线程属于那个进程。

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处理器调度

• 调度层次：高级、中级、低级
• 高级调度：控制多道程序的道数。
• 中级调度：