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进程管理
- 操作系统最基本的两个特性 - 并发性及共享性
- PCB（进程控制块）- 进程存在的唯一标志
- 进程是进程实体的运行过程，使系统进行资源分配和调度的一个独立单位；
进程是操作系统资源分配和独立运行的基本单位；
任何进程都是在操作系统的内核的支持下运行的，是与内核紧密相关的
特性：动态性（最基本特征）、并发性、独立性、异步性、结构性 - 进程实体组成：程序段、数据段、PCB；
- 进程状态：运行状态、就绪状态、阻塞状态（等待状态）、创建状态、结束状态
- 进程状态的转换中
运行状态->阻塞状态 是一个主动的过程
阻塞状态->就绪状态 是一个被动的过程需要其他程序的协助 -
原语 一般把进程控制用的程序段称为原语
特点： 执行期间不允许中断，是一个不可分割的基本单位 - 进程创建
分配唯一进程标识号，申请空白PCB失败则创建失败
分配资源，失败则阻塞，等待状态并非创建失败
初始化PCB
入队，进入就绪队列； - 进程终止
根据进程标识符，检索PCB,读进程状态
若处于执行态，中止进程，将处理机资源分给其他进程
若有子进程也全部终止
将拥有的全部的资源归还父进程或操作系统
将该PCB从所在队列删除 - 进程阻塞/唤醒
调用阻塞原语（Block）
找到进程标识号对应的PCB
若运行，保护现场，转换状态为阻塞，停止运行
PCB插入等待队列
调用唤醒原语（Wakeup）
找到对应PCB
移出等待队列，职位就绪状态
PCB插入就绪队列 - 进程切换
指的是 处理机从一个进程上的运行转到另一个进程上运行，环境发生了实质性变化。
保存处理机上下文，PC及各寄存器
更新PCB，移动到相应队列
更新为另一程序PCB，内存管理及数据结构
回复处理机上下文
进程的切换与处理机的切换不同
处理机模式，可能同一进程的中断恢复后只需回复现场即可，无需改变当前进程环境信息，而进程切换就绪改变了； - PCB
常驻内存，任意时刻可存取，进程结束后删除
进程实体的一部分，是进程存在的唯一标志
PCB 包含的信息：
进程描述信息：
PID(进程标识符) - 唯一标识进程
UID（用户标识符） - 进程归属用户，为共享和保护服务
进程控制和管理信息
进程当前状态 - 处理机调度分配依据
进程优先级
资源分配清单
处理机相关信息 - PCB组织方式 - 链接/索引
- 进程高级通信方式（P/V操作是低级通信方式）
1）共享存储
低级 - 基于数据结构的共享
高级 - 基于存储区的共享
2）消息传递
进程间数据以格式化消息为单位
通过发送消息/接收消息两个原语
直接通信 - 直接发送到对方的消息缓冲队列中；
简接通信 - 消息发送到中间实体（信箱）
3）管道通信
管道：连接读/写进程实现他们之间通信的一个共享文件
管道机制：互斥、同步、确定对方存在
半双工通信，每次管道中写满后，才可读 - 线程
线程是被系统独立调度和分派的基本单位
轻量级进程，一个基本的CPU执行单元，程序执行流的最小单元
不拥有系统资源，只有运行时所必须的资源，同一进程下的各线程共享进程资源
线程独立调度的基本单位，进程是拥有资源的基本单位 - 内核线程 - 内核支持的线程，线程管理的工作由内核完成
- 用户级线程 - 线程管理由应用程序完成（对操作系统透明）
- 多线程模型（用户级线程->内核线程 对应关系）
1）多对一模型
优点：效率高
缺点：当一个线程使用内核级线程被阻塞，全部阻塞
2）一对一模型
优点：并发能力较强
缺点：开销大、影响程序性能
3）多对多模型
特点：前两种方法的折中，集两个方法之优； - 处理机调度
1）作业调度（高级调度）
使其获得竞争处理机的权利
2）内存调度（中级调度）
提高内存利用率和系统吞吐量
3）进程调度（低级调度）（和切换程序为操作系统内核程序）
按照某种最基本方法策略，最基本调度
频度很高 几十毫秒一次 - 作业调度为进程活动做准备，进程调度使进程活动起来，中级调度将不能运行的进程挂起
- 不能进行调度及切换的情况
处理中断过程
进程在操作系统内核程序临界区中
其他需要完全屏蔽中断的原子操作过程
进程调度方式
1）非剥夺调度方式
简单、系统开销小，适合大多数批处理系统，不适合分时系统实时系统；
2）剥夺调度方式（抢占方式）
提高系统吞吐率和响应效率 - CPU利用率
- 系统吞吐量 单位时间内CPU完成的作业的数量
- 周转时间 作业完成时间 - 作业提交时间
平均周转时间 =（作业1周转时间+作业2周转时间+...）/n;
带权周转时间 = 作业周转时间/作业实际运行时间； - 等待时间 进程处于等待处理机状态时间的总和；
处理机调度算法影响的只有作业在就绪队列中等待的时间； - 响应时间 从用户提交请求到系统首次产生响应所用的时间；
- 调度算法
1）FCFS（first come first solve）
特点：简单、效率低，对长作业有利，对短作业不利（相对SJF和高响应比来说），有利于CPU繁忙，不利于I/O繁忙；
2）SJF（shortest job first）
对长作业不利，容易产生饥饿现象，平均等待时间、平均周转时间最少；
3）优先级调度（优先权调度，适合实时操作系统）
非剥夺式优先级/剥夺式优先级
静态优先级 - 进程创建时定好的，运行期间不变
动态优先级 - 进程运行中，动态调整优先级
4）高响应比优先调度（主要用于作业调度，适用分时系统）
响应比 Rp=（等待时间+要求服务时间）/要求服务时间；
有利于短作业
前两种算法的兼顾，克服了饥饿状态，兼顾了长作业；
5）时间片轮转调度（适用分时系统）
就绪进程按照先来先服务排好序
时间片长短决定于 系统响应时间、就绪队列中的进程数目，系统的处理能力
6）多级反馈队列（适用分时系统）
时间片与优先级的综合，动态调整优先级及时间片大小
优势：
终端型用户：短作业优先
短批处理作业用户：周转时间短
长批处理用户：不会发生饥饿
Here comes the big case:
- 进程同步
- 临界资源 - 一次只允许一个进程使用的资源为临界资源；
- 同步（直接制约关系）
- 互斥（简介制约关系）
- 为禁止两个进程同时进入临界区，同步机制应遵循以下准则
空闲让进
忙则等待
有限等待
让权等待
同步问题单写了
- 死锁问题
- 死锁产生必要条件 -互斥条件 - 不剥夺条件 - 请求和保持条件 - 循环等待条件
- 三种死锁处理策略
死锁预防
破坏互斥条件 / 破坏不剥夺条件 / 破坏请求和保持条件（预先静态分配） / 破坏循环等待（顺序资源分配）条件
死锁避免
系统安全状态（找到安全序列） / 银行家算法
死锁检测
资源分配图 / 死锁定理（简化资源分配图） / 死锁解除（资源剥夺、撤销进程、进程回退）
