【操作系统】24王道考研笔记——第二章 进程与线程

第二章 进程与线程

一、进程与线程

1.进程的概念

程序：是静态的，就是个存放在磁盘里的可执行文件，如：QQ.exe。

进程：是动态的，是程序的一次执行过程，如：可同时启动多次QQ程序

引入进程的概念，以便更好地描述和控制程序的并发进行，实现操作系统的并发性和共享性（最基本的两个特征）

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。

PCB是进程存在的唯一标志：（进程控制块）

操作系统需要对各个并发运行的进程进行管理，但凡管理时所需要的信息，都会被放在PCB中。

进程的组成：

PCB是给操作系统用的，程序段、数据段是给进程自己用的

进程的特征：

2.进程的状态转换

进程的状态：

一个进程从运行态变成阻塞态是主动的行为，而从阻塞态变成就绪态势别动的行为，需要其他相关进程的协助。

进程的组织方式：

总结：

3.进程控制

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，它具有创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换等功能。

简化理解：反正进程控制就是要实现进程状态转换

在操作系统，一般把进程控制用的程序段称为原语，原语的特点是执行期间不允许中断，是一个不可分割的基本单位。（原子性）

进程的创建：

进程的终止：

进程的阻塞和唤醒：

进程的切换：

总结：

如何实现：

4.进程通信

进程是分配系统资源的单位（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。各个进程可使用操作系统内核提供的同步互斥工具（如P、V操作）

共享存储：

消息传递：

• 直接通信方式：
• 间接通信方式：（信箱）

管道通信：

• 写进程往管道写数据，即便管道没被写满，只要管道没空，读进程就可以从管道读数据
• 读进程从管道读数据，即便管道没被读空，只要管道没满，写进程就可以往管道写数据

总结：

5.线程和多线程模型

引入线程的原因：

引入线程后的变化：（与进程比较）

线程的属性：

线程的实现方式：（以下三种）

用户级线程：

内核级线程：

组合方式：上述两种方式的结合

多线程模型：

• 多对一
• 一对一
• 多对多

总结：

线程的状态转换：（大致与进程相似）

二、处理机调度

1.调度的概念、层次

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。

调度的三个层次：

高级调度（作业调度）。按一定的原则从外存的作业后备队列中挑选一个作业调入内存，并创建进程。每个作业只调入一次，调出一次。作业调入时会建立PCB，调出时才撤销PCB。

低级调度（进程调度/处理机调度）—— 按照某种策略从就绪队列中选取一个进程，将处理机分配给它。进程调度是操作系统中最基本的一种调度，在一般的操作系统中都必须配置进程调度。进程调度的频率很高，一般几十毫秒一次。

中级调度（内存调度）——按照某种策略决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存。一个进程可能会被多次调出、调入内存，因此中级调度发生的频率要比高级调度更高。

联系、对比：

总结：

2.调度的目标

即调度算法的评价指标

CPU利用率：

系统吞吐量：

周转时间：

等待时间：

响应时间：响应时间，指从用户提交请求到首次产生响应所用的时间。

3.进程调度的时机

即切换与过程调度方式

临界区：

进程调度时机：

进程调度方式：

进程切换以及过程

4.调度器、闲逛进程

调度器：

调度程序的处理对象：

闲逛进程：

5. 调度算法

先来先服务：

短作业优先：

高响应比优先：

三者对比：

时间片轮转：

优先级调度：

多级反馈队列调度：

三者对比：

多级队列调度算法：

三、同步与互斥

1. 进程同步与互斥

2.进程互斥的实现

软件实现：

硬件实现：

中断屏蔽方法：

TestAndSet指令：

Swap指令：

3.互斥锁

4.信号量机制

整型信号量

记录型信号量

总结

信号量的值 = 这种资源的剩余数量（信号量的值如果小于0，说明此时有进程在等待这种资源）

• P( S ) —— 申请一个资源S，如果资源不够就阻塞等待
• V( S ) —— 释放一个资源S，如果有进程在等待该资源，则唤醒一个进程

实现进程互斥：

实现进程同步：

总结：

5.管程

6.经典问题

生产者消费者问题：

多生产者多消费者问题：

吸烟者问题：

读者写者问题：

哲学家进餐问题：

四、死锁

1.概念

2.预防死锁

破坏死锁产生的条件

3.避免死锁

安全序列

使用银行家算法

4. 检测和解除死锁

死锁的检测：

死锁的解除：

主要参考：王道考研课程
后续会持续更新考研408部分的学习笔记，欢迎关注。
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