操作系统之进程调度与内存管理

1.进程间的通信与调度

1.1进程间的通信（Inter Process Communication）

生产者消费者问题

数据存到有界缓冲区bounded-buffer中，设置count记录缓冲区的数据量，如果缓冲区满count=size，让生产者睡眠；如果缓冲区为空count=0，让消费者睡眠。

 

解决方法：

（1）用信号量(semaphore)

需要三个信号量：full记录充满缓冲区数目，empty记录空的缓冲区数目。mutex用来保证任意时刻只有一个进程读写缓冲区变量。

（2）用互斥量(mutex)

是没有信号量基数能力的简化版，仅适用于管理共享资源或一小段代码。互斥量处于两态之一的变量：解锁和加锁

（3）用消息传递(message passing)

（4）用屏障（barrier）

1.2 程序/进程的调度

临界资源：一次只能被一个进程访问的共享资源。

衡量调度的标准：吞吐量（系统每小时完成的作业量）和周转时间（批处理作业用时）

进程调度算法

（1）实时系统一般用非抢占式——先来先服务

交互式系统用抢占式：

（2）轮传时间片：时间片设置太长会让短交互的时间过长，时间片设置太短切换开销大，降低CPU效率

（3）优先级调度

（4）多级队列

（5）最短进程优先

（6）彩票调度

2. 操作系统的内存管理

2 .1 内存管理之内存分配方法

 2.1.1 单一连续分配

单用户单进程时把内存分为系统区和用户区两部分。

  2.1.2 固定分区分配法

给不同程序固定大小的内存空间

2.1.3 动态分区分配算法

动态分区空闲链：双向链表，节点需记录可

（1）首次适应（FF算法）

   每次都从头开始顺序查找适合的内存区（容易造成表头碎片化，后期优化成循环适应，每次分配都从上次检索结束的位置开始查内存）

（2）最佳适应（BF算法）

把分区空闲链的节点按大小排序，每次选大小最相近的内存区

（3）快速适应（QF算法）

把整个内存分成多个空闲链表，每个空闲链表存储一种容量的空闲区。每次都能快速找到空闲链表。

操作系统如何管理进程的内存空间？

 

2.2 内存管理之虚拟内存

虚拟内存为何出现？程序/进程内存超过了物理内存的容量，且一台机器往往要跑多个程序/进程。

虚拟内存技术实现前提——程序的局部性原理：CPU访问存储器时，无论是存取指令还是存取数据，所访问的存储单元都趋向于聚集在一个较小的连续区域中。

高速缓存的替换时机 VS 主存缺页的替换时机：

虚拟内存的置换算法（和高速缓存的置换算法一样）

2.2.1 FIFO

　利用一个双向链表保存数据，当来了新的数据之后便添加到链表末尾，如果Cache存满数据，则把链表头部数据删除，然后把新的数据添加到链表末尾。

   在访问数据的时候，如果在Cache中存在该数据的话，则返回对应的value值；否则返回-1。如果想提高访问效率，可以利用hashmap来保存每个key在链表中对应的位置。

2.2.2 LFU（least recently used）

2.2.3 LRU(least recently used)