5.cpu管理的直观想法

Posted 2022-06-01 PacosonSWJTU

【README】

本文内容总结自 B站 《操作系统-哈工大李治军老师》，内容非常棒，墙裂推荐；

本文主要介绍了操作系统管理cpu的大致内容；

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【1】操作系统管理硬件

1）    多进程管理视图： cpu 管理，内存管理；
2）    文件操作视图： 键盘显示器，磁盘，文件管理等；

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【1.1】 设备管理初始化（main函数）

把硬件参数读入内存，以便管理；

包括 内存，缓冲区，硬盘等；

用户态程序 通过系统调用（操作系统接口或系统函数）进入内核态；

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【1.2】系统调用底层细节

1）涉及 cpu管理，内存管理，磁盘管理，终端设备管理；

• 其中 cpu和内存管理是多进程视图；
• 终端设备和磁盘管理是文件视图；

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【1.3】cpu，内存，磁盘，终端管理等的具体实现

硬件管理的具体内容：

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 【2】CPU管理

补充： 多进程视图包含 cpu管理，内存管理；
多进程图像：

• 操作系统在管理CPU的时候，引出了多进程图像；即通过多进程图像，操作系统管理明白了 CPU；
• 所以多进程图像是操作系统的核心图像；

【2.1】使用cpu

1）cpu工作原理

2）cpu怎么工作，怎么管理

管理cpu的最直观方法就是设置pc-程序计数器寄存器的值就可以了；

3）这样做的问题？

• 有fprintf 与 没有fprintf的执行时间的比值： 10^6 : 1；
• 即有io指令与没有io指令的执行时间比为： 10^6 : 1 ；
• 可以看到 io操作特别耗时；

4）问题如何解决

多道程序：

• 指的是多个程序在内存中；

解决方法：多道程序交替执行， 让cpu忙碌起来；

注意：关注cpu利用率；

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【2.2】cpu执行的核心

1）cpu执行核心：多道程序交替执行； 多个程序放在计算机内存中；
补充：

• 并发指一个cpu上交替执行的多个程序；

 2）如何做到程序并发执行的？
通过修改PC寄存器的值，来修改下一条执行指令的地址，从而达到切换程序的目的；

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【3】 引入进程概念

1）进程定义：

• 进行（执行）中的程序；
• 进程需要记录 寄存器的状态，而程序不用；

2）更具体的：

• 进程是一种结构体，用于存储程序运行所需的状态信息（上下文信息），如cpu所有寄存器数据，栈信息等，以便操作系统管理程序的运行；

3）进程与程序区别

• 进程指的是运行的程序（动态）；
• 程序指的是静止的程序；

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【总结】cpu管理

1）定义：

• 就是让程序执行起来；启动一个进程，让cpu去执行这个进程；
• 让cpu更好工作，操作系统需要启动多个进程，然后cpu去跑多个进程，cpu利用率提高，cpu就可以实现更好的管理了；

所以cpu运行多个进程的状态，就是cpu被很好管理的核心内容；

2）PCB

• 指的是  process control block， 进程控制块，是一个结构体（数据结构），用于记录进程状态；