进程管理

Posted 2020-08-15

1. 程序执行特征？

• 顺序执行
• 封闭性
• 执行结果可再现

2. 进程执行特征？

• 并发程序在执行过程相互制约
• 失去封闭性
• 程序与计算不再一一对应（可能一对多）

3. 进程概念的引入

• 程序的概念已经无法描述动态执行过程中的一些特性

4. 进程的定义？

• 描述程序在并发环境中的执行过程

5. 进程和程序的区别？

• 动与静：进程执行结束便自动消亡，程序却会仍留在磁盘
• 独立单位可并发与不可并发
• 程序和进程无一一对应关系：一个程序可被多个进程用，一个进程运行过程可能用到多个程序
• 进程相互制约、异步性

6. 进程3种状态？

• Running：资源满足 有CPU
• Ready ：资源满足 无CPU
• Blocked：资源不满足 无CPU

7. 进程状态之间的转换？

• Running -> Ready ： 时间片到，中断
• Running -> Blocked： 缺少资源或I/O操作
• Blocked -> Ready： 获得资源
• Ready -> Running： 拿到CPU

8. 进程的组成：

• 程序
• 数据集合
• 栈
• PCB

9. PCB的组成？

• PCB是描述进程特性的数据结构，所包含的特性有：
  • 　　进程名：唯一标志
  • 　　特征信息：标志是用户进程还是系统进程
  • 　　状态信息：running/ready/blocked
  • 　　调度优先权：优先获得CPU
  • 　　通信信息：与其他进程的通信关系
  • 　　现场保护区：时间片到被中断，保留此刻的状态，待下次获得CPU继续运行
  • 　　资源需求、分配和控制方面的信息
  • 　　进程实体信息
  • 　　族系关系
  • 　　其他信息

10. PCB的作用？

• 进程特性的描述
• 是进程存在的唯一标志

11. 进程的组织方式？

• 线性：预先创建好整个系统的进程的最大数目。缺点：不能扩展，调度选择时需要遍历整个表，效率低
• 链接：按照状态分为多队列，调用时按先进先出的顺序调用
• 索引：索引表

12. 进程的创建

• 申请空闲PCB
• 为新进程分配资源
• 初始化新进程的PCB
• 将新进程加入到就绪队列当中

13. 进程的终止（调用终止原语）

• 找到PCB终止它
•  回收进程所占的资源
• 回收进程所有子孙进程的资源，如果存在的话
• 释放终止进程的PCB，并从原来队列中摘走

14. 进程的阻塞（调用阻塞原语）

• 找到PCB停止它
• 保存现场
• 修改PCB信息，由运行改为阻塞并插入阻塞队列
• 转到调度程序，重新选取进程投入运行

15. 进程的唤醒（调用唤醒原语）

• PCB从阻塞队列摘下
• 由阻塞改为就绪并插入就绪队列中
• 如果被唤醒优先级比运行进程优先级更高则设置重新调度标志

16. 进程映像的更换

• 释放子进程原来的程序和数据所占用的内存空间
• 从磁盘上找出子进程所要执行的程序和数据
• 分配内存空间，装入新的程序和数据
• 为子进程建立初始化的运行环境

17. Linux进程状态

• 运行态
• 可中断等待态
• 不可中断等待态
• 停止态
• 僵死态

18. 进程的模式

• 用户模式：用户程序，应用程序等
• 内核模式：内存机制

19. 进程的类型

• 用户进程
• 系统进程

20. Linux task_struct结构

• 标识符
• 进程状态
• 调度信息
• 进程通信
• 进程宗族
• 时间和计时器
• 文件系统：打开关闭文件
• 虚拟内存：内存映射
• 中断现场保护

21. 进程系统堆栈

• 存放中断现场信息，在分配task_struct结构的内存空间时，分配了两个页8k，7k为堆栈，1k为task_struct结构 

22. 有关进程操作的命令

• ps：查看进程状态的相关信息（PID/UID/PPID//C/STIME/USER/%CPU/%MEM/VSZ/RSS/STAT/TTY/TIME/CMD）
• kill：相当于control + c,终止进程
• sleep：暂停进程，后面时间值单位为·秒

23. 有关系统调用的格式和功能

• fork：创建一个子进程，在父进程中返回子进程PID号，在子进程返回0，失败返回-1
• getpid：返回当前进程的PID，getppid则返回父进程PID
• execl：更换映像
• exit：终止调用程序，参数状态有：正常退出0，非正常退出为其他数值
• wait：等待其他进程终止，成功返回终止进程的PID，否则返回-1
• sleep：挂起进程指定时间
• nice：改变进程优先级，成功返回0，否则返回-1

24. 引入线程概念原因

• 同一进程的不同线程可共享同一地址空间，资源可共享，而不同进程间地址不同，不可共享
• 易于创建，切换，代价低
• 改善系统性能

25. 什么是线程

• 资源分配，处理机调度的基本单位

26. 线程的组成

• 标识符：线程的唯一标识
• 寄存器：调度状态信息
• 栈指针：指向核心栈指针，指向用户栈指针
• 存储区：保护现场信息

27. 线程的状态

• 运行
• 就绪
• 阻塞
• 终止

28. 线程和进程的关系

• 多对一或一对一
• 线程共享进程的所有资源
• 真正在CPU上运行的是线程
• 线程执行过程需要协作同步，不同进程的线程间通过消息机制实现同步

29. 线程的实现方式

• 用户级线程：线程表放置在用户空间，线程的切换不涉及核心层，速度快，但不能享受多处理器的优点
• 核心级线程：线程表放置在核心空间，每次线程的创建删除等操作都要系统调用，花费一定的开销，但可以享受多处理器的优点，实现真正的并行

30. 进程同步机制

• 互斥：资源互斥
• 同步：缓存区协作，时间次序
• 通信：直接通信交换信息

31. 竞争条件

• 两个或多个进程同时访问和操控相同的数据时，最后的执行结果取决于进程运行的精确时序
• 临界区和临界资源
• 临界区设置原则是避免竞争条件

32. 实现互斥方式

• 硬件：
  • 禁止中断（进临界区后关闭所有的中断，出临界区后再开放）
  • 专用机器指令（原语：原则是要么全做要么全不做）
• 软件：软件锁（用0、1表示锁的状态，忙等）

33. 信号量及P、V操作原语

• 结构体信号量：信号量的值（+表示现所持有的资源数；-表示现等待队列的长度；信号的值只能通过P、V原语修改）+  指向PCB的指针
• P操作（wait）
  • 信号量减一 
  • 判断信号量是否小于0
• V操作（signal）
  • 信号量加一
  • 判断信号量是否大于0

34. 信号量的一般应用

• 实现进程互斥：打印机的使用实例
• 实现进程同步：生产者和消费者问题

35. 进程通信

• 低级：P、V原语操作
• 高级：
  • 共享存储器：类似于线程共享进程的内存地址空间一样，共享存储器在内存中分配一块内存作为共享存储区，各进程把共享存储区加载到自己的地址空间
  • 管道文件：是一个打开文件，连接读和写两个命令，向该文件写如数据的进程叫写者，读出数据的进程叫读者
  • 消息传递
  • 直接通信方式（消息缓冲区）：系统管理一组缓冲区，发送进程像系统申请缓冲区，写入后把它挂到接受者的消息队列，然后通知它。接收者取出后释放缓冲区并通知发送者
  • 间接通信方式（信箱：信箱头+信箱体）

36. 管程组成

• 管程名
• 局部于管程的共享数据的说明
• 对数据进行操作的一组过程
• 对该共享数据赋初值的语句

37. 管程三大特性：

• 管程内部局部变量不允许外部直接访问
• 进程进入管程必须调用管程内的某个过程
• 管程内一次只能有一个进程进入

38. 经典进程同步问题

• 读者写者问题
• 哲学家思考问题
• 打瞌睡的理发师问题

 39. 死锁定义

• 系统循环等待的一种状态

40. 产生死锁原因

• 资源有限且操作不当

41. 产生死锁的必要条件

• 互斥
• 不可抢占
• 占有且申请
• 环路等待

42. 对待死锁的策略

• 忽略死锁问题
• 死锁的预防：静态。在申请资源之前，先把所有可能导致死锁的可能扼杀在摇篮。
• 破坏互斥条件：不太科学，这是取决于资源本身的属性
• 破坏占有且等待条件：一次性申请所有资源
• 破坏非抢占条件：优先级
• 破坏环路等待条件：编号排序
• 死锁的避免：动态，边申请边检测判断，如果可能导致死锁，则不分配，银行家算法

43. 安全状态

• 至少有一个序列可让进程顺利执行完毕则是安全状态
• 死锁状态是不安全状态
• 不安全状态不意味着死锁状态，表示存在产生死锁的危险

44. 银行家算法的数据结构

• Available：每类资源的可用数量
• Max：每个进程对资源的需求的最大数
• Allocation：当前已经分配给每个进程的资源数
• Need：每个进程还缺多少个资源

45. 银行家的分配算法

46. 死锁中恢复

• 抢占资源：缺什么从别的进程拿
• 回退执行：如操作系统的还原点
• 杀掉进程：如操作系统某个进程卡死导致系统死机，这时杀掉这个进程就可以恢复

47. 活锁与饥饿

• 活锁：相当于忙等，测试询问
• 饥饿：看似有机会执行的进程但却是永远得不到执行