操作系统第二章：进程的描述与控制

Posted 2021-09-28 九死九歌

2.1_1 进程的定义、组成、组织方式、特征

1.定义

  首先，程序就是一个指令序列，早期的计算机仅支持单道程序。

  这个时候内存只有两个部分，程序段和数据段。程序的代码放在程序段内，程序运行过程处理的数据放在数据段内（如变量)

  引入多道程序技术后，内存中同时放入多道程序，各个程序的代码、运算数据存放的位置不同。操作系统要怎么才能找到各程序的存放位置呢?

  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）

  PCB、程序段、数据段三部分构成了进程实体（进程映像)，简称为进程。

• 进程的四种定义
  • 进程是程序的一次执行过程
  • 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
  • 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调度的一个独立单位
  • 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。

  注:严格来说，进程实体和进程并不一样，进程实体是静态的，进程则是动态的。不过，除非题目专门考察二者区别，否则可以认为进程实体就是进程。因此我们也可以说“进程由程序段、数据段、PCB三部分组成”

2.组成

  PCB部分：

  另外两个组成部分就是程序段和数据段了，此处略。

  PCB是进程的管理者（操作系统)所需的数据都在PCB中。另外两个程序本身需要的数据。

3.组织：

  在一个系统中，通常有数十、数百乃至数千个PCB。为了能对他们加以有效的管理，应该用适当的方式把这些PCB组织起来。

  注:进程的组成讨论的是一个进程内部由哪些部分构成的问题，而进程的组织讨论的是多个进程之间的组织方式问题

  链接方式：链式存储

  索引方式：顺序存储

4.特征：

  进程和程序是两个概念，相比于程序，进程有以下特征：

2.1_2 进程的状态与转化

1.三种基本状态

  进程是程序的一次执行。在这个执行过程中，有时进程正在被CPU处理，有时又需要等待CPU服务，可见，进程的状态是会有各种变化。为了方便对各个进程的管理，操作系统需要将进程合理地划分为几种状态。

  另外，就绪队列只有一个，而阻塞队列是有好多个，每个事件有一个阻塞队列。

2.另外两种状态：

  创建态：

  终止态

3.状态之间的转换：

2.1_3 进程控制

1.进程控制的过程：

  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。

• 创建进程：需要初始化PCB、分配系统资源。
• 创建态→就绪态：需修改PCB内容和相应队列
• 就绪态→运行态：需恢复进程运行环境、修改PCB内容和相应队列
• 运行态→就绪态(进程切换)：需保存进程运行环境、修改PCB内容和相应队列
• 运行态→阻塞态：需保存进程运行环境、修改PCB内容和相应队列
• 阻塞态→就绪态：需修改PCB内容和相应队列。如果等待的是资源,则还需为进程分配系统资源
• 运行态→终止态：需回收进程拥有的资源，撤销PCB

2.原语

  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原子操作。

  原语采用**“关中断指令”和“开中断指令”**实现。

  （有点像java里边的sychronized关键字）

  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

  无论是那条原语指令，要做的无非三件：

• 更新PCB中的信息（如修改进程状态标志、将运行环境保存到PCB、从PCB恢复运行环境)
  • a.所有的进程控制原语一定都会修改进程状态标志
  • b.剥夺当前运行进程的CPU使用权必然需要保存其运行环境
  • c.某进程开始运行前必然要恢复期运行环境
• 将PCB插入合适的队列
• 分配/回收资源
  
  
  
  

2.1_4 进程通信

1.何为进程通信？

  顾名思义，进程通信就是指进程之间的信息交换。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。

  但是进程之间的信息交换又是必须实现的。为了保证进程间的安全通信，操作系统提供了一些方法。如图：

2.方法一：共享存储

  共享空间的互斥说的是我读写的时候你不能读写，你读写的时候我也不能读写。

3.方法二：管道存储

  管道存储的半双工互斥则是我写的时候你不能读，我读的时候你不能写。必须把管道写满了，才能释放掉让对方读。读完了以后管道就是空的，释放掉，让另一方写。

4.方法三：消息传递

  如上图，消息传递方式还分为两个小类：直接通信方式和间接通信方式。

  其中，直接通信方式就是直接把消息挂在接收进程的消息缓冲队列上。


  而间接通信方式则是消息要先发送到中间实体（信箱）中，因此也称“信箱通信方式”。例如计网中的电子邮件系统。

2.1_1 线程的概念以及多线程模型

1.啥叫多线程？为啥要引入多线程？

  我就不咋写了，咱又不是没学过javaThread编程

  可以八线程理解为轻量级进程。

  线程是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单元。

  引入线程之后，不仅是进程之间可以并发，进程内的各线程之间也可以并发，从而进一步提升了系统的并发度，使得一个进程内也可以并发处理各种任务（如QQ视频、文字聊天、传文件)

  引入线程后，进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元（如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的)。

2.线程的属性

3.线程的实现方式及模型

  用户级线程

  内核级线程

  内核级与用户级混合

  多对一模型

  一对一模型

  多对多模型