计算机操作系统第二章 进程与处理机调度

程序：就是一个指令序列

早期的计算机（只支持单道程序）

多道程序技术

1.为了方便操纵系统管理，完成各程序并发执行，引入了进程，进程实体的概念。

2.系统为每个运行的程序配置一个数据结构，称为进程控制块（PCB），用来描述进程的各种信息（如程序代码存放位置）

 

程序段，数据段，PCB三个部分组成了进程实体（进程映像）。

一般情况下，我们把进程实体就简称为进程。

例如，所谓创建进程，实际上是创建进程实体中的PCB，而撤销进程，实质上是撤销进程实体中的PCB。

 

从不同的角度，进程，可以有不同的定义，比较传统典型的定义有

1.进程是程序的一次执行过程

2.进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动，

3.进程是具有独立功能的程序在数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和跳读的一个独立单位。

动态性

进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源和分配和调度的一个独立单位。

进程实体和进程并不一样，进程是动态的，进程实体是静态的。

 

当进程切换时，需要把进程当前的运行情况记录下来保存在PCB中。

进程的特征

什么是进程控制？

进程控制的主要功能是对系统中的所有进程实现有效的管理。她具有创建新进程，撤销已有进程，实现进程状态转化等功能。

 

用原语实现进程，控制。原语的特点是执行期间不允许中断，只能一气呵成。

这种不可被中断的操作即为原子操作。

原语采用“关中断指令”和“开中断指令”

显然，关/开中断指令的权限非常大，必然是只允许在核心态下执行的特权指令。

 

 

进程控制会导致进程状态的转换，无论哪个原语，要做的无非三类事情

1.更新PCB中的信息（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）

2.将PCB插入合适的队列

3.分配回收资源

 

1.分时系统中用户登录成功，系统会创建一个新的进程

2.多道批处理系统中，有新的作业放入内存中，会为其建立一个新的进程。

3.用户向操作系统提出某些请求时，会新建一个进程处理该请求

4.由用户进程主动请求创建一个子进程

 

多线程模型

什么是线程，为什么引入线程？

引入线程机制后，有什么变化？

线程有哪些重要的属性？

线程的实现方式 ？用户线/内核级

多线程模型 ->多对一 ，一对多 ，多对多

 

在进入进程之前，系统中各个程序只能串行执行，一边运行QQ，一边听音乐不可能实现，

进程是程序的一次执行，但这些功能是显然不可能是由一个程序顺序处理就能实现的。

 

引入线程增加并发度

线程是一个基本的CPU执行单位，也是程序执行流的最小单位。

引入线程之后，不仅是进程之间可以并发，从而进一步提升了系统的并发度，使得一个进程也可以并发处理各种任务

引入线程后，进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单位（如打印机，内存地址空间）

 

传统的进程间并发，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

引入线程后，并发程度高，系统开销小。

 

进程的属性

1.线程是处理机调度单位

2.多CPU计算机中，各个线程可占用不同的CPU

多对一模型：多个用户及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：线程切换在用户控件即可完成，不需要切换到核心态，线程管理空间开销小，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，多个线程不可在多个处理机上运行并行

 

 

一对一模型：

一个用户级线程映射到一个内核级线程。每个用户有与用户级线程同数量的内核级线程。

优点：当一个线程被阻塞后，别的进程还可以继续执行，并发能力强

缺点：一个用户进程会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用户级线程映射到m个内核级线程（n>=m）.每个用户进程对应m个内核级线程。

克服了多对一模型并发度不高的缺点，又客服了一对一模型中，一个用户进程占用太多内核级线程，开销太大的缺点。

 

 

2.2 处理机调度

高级调度（作业调度）。按一定的原则从外存上处于后备队列的作业中（或多个作业）。给他们分配内存等必要资源，并建立相应的进程（建立PCB），以使它（们）获得竞争处理机的权利

作业调入时建立相应的PCB，作业调出时才撤销PCB.

 

引入虚拟技术之后，可将暂时不能运行的进程调至外存等待。等它重新具备了运行条件且内存少有空闲时，再重新调入内存。

暂时调到外存等待的状态称为挂起状态，值得注意的是，PCB并不会一起调到外存，而是会常驻内存，PCB中会记录进程数据在外存中的存放位置，进程状态等信息，操作系统通过内存中的PCB来保持各个进程的监控。

 

“狭义的进程调度“和”进程切换“的区别

 

狭义的进程调度值的是从就绪的队列中选择一个要运行的程序。

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。

 

广义的进程调度包括选择一个进程和进程切换。

进程切换

1.对原来运行进程各种数据的的保存

2.对新的数据各种数据的恢复 （如果切换过于频繁，会使整个系统效率降低）

周转时间->平均周转时间，带权周转时间，平均带权周转时间，

 

 

CPU利用率=忙碌的时间/总时间

系统吞吐量：单位时间内完成作业的数量

系统吞吐量：共完成多少道作业/总完成多少时间

周转时间：完成时间-提交时间

 

对于进程来说，等待时间就是指进程建立后等待被服务的时间之和，在等待I/O完成的期间其实进程也是在被服务的，故不计入等待时间。

对于作业来说，不仅要考虑建立进程后等待时间，还要加上作业在外存后备队列中等待的时间

 

响应时间，指从用户提交请求到首次产生响应所用时间。

 

Tips：各种调度算法

1.算法思想

2.算法规则

3.这种调度算法是用于作业调度还是进程调度？

4.抢占式，非抢占式？

5.优点和缺点

6.是否会导致几个->某进程长期得不到服务

 

 

算法思想：主要从”公平“的角度考虑

算法规则：安装作业/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/进程调度时，考虑的是哪个队列先到达后备队列，用于进程调度时考虑