进程

进程的三个基本状态:

运行态:占有CPU,并在CPU上运行

就绪态:已经具备运行条件,但由于没有空闲CPU,而暂不能运行

阻塞态:因等待某一事件而暂时不能运行


进程的七状态模型


进程通信

共享存储:两个进程不能直接访问对方的地址空间,所以操作就分配一块共享的空间,两个进程就可以通过共享的空间来进行通信。

消息通信:进行过过过操作系统提供的“发送消息/接收消息”两个原语进行数据交换

直接通信方法:比如socket

间接通信方式:比如邮件

管道通信:半双工通信

进程和线程的区别

线程是处理机调度的基本单位,进程是资源分配的基本单位,线程几乎不拥有资源

线程的上下文切换相对于进程的上下文切换,线程切换的开销小

同一进程中的线程切换,不会引起进程切换,不同进程切换,会引起线程切换

由于共享内存地址空间,同以进程中的线程间的通信无需系统干预

线程之间共享哪些资源

a.  由于堆是在进程空间中开辟出来的,所以它是理所当然地被共享的;因此new出来的都是共享的(16位平台上分全局堆和局部堆,局部堆是独享的)

b. 全局变量 它是与具体某一函数无关的,所以也与特定线程无关;因此也是共享的

c. 静态变量 虽然对于局部变量来说,它在代码中是“放”在某一函数中的,但是其存放位置和全局变量一样,存于堆中开辟的.bss和.data段,是共享的

d. 文件等公用资源  这个是共享的,使用这些公共资源的线程必须同步。Win32 提供了几种同步资源的方式,包括信号、临界区、事件和互斥体。

系统调度

高级调度:按一定的原则从外存上处于后备队列的作业中挑选一个作业,给他们分配资源,并建立相应的进程,以使它们获得竞争处理机的权利

中级调度(内存调度):就是要决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存

低级调度(进程调度):其主要任务是按照某种方法和策略从就绪队列中选取一个进程,将处理机分配给它

调度算法

先来先服务(FCFS)

公平:先到达就绪队列的进程,就先进行服务

优点:公平,算法实现简单请求且保持条件

缺点:排在长作业后面的短作业要等待很长事件,对短作业来说用户体验不好

短作业优先(SJF)(shortest Job First)

最短的作业/进程优先得到服务

抢占式的短作业优先(SRTN)

每当进程加入就绪队列改变时就需要调度,如果新到达的进程剩余事件比当前运行的进程剩余时间更短,则由新进程抢占处理机

优点:平均等待时间和平均周转事件最短

缺点:不公平。对段作业有利,对长作业不利,可能产生接现象

周转时间 = 作业完成事件 - 作业提交事件 

平均周转事件 = 各作业周转时间之和 / 作业数

高响应比优先(HRRN)

在每次调度的时,先计算各个作业/进程的响应比,选择响应比最高的作业/进程为七服务

响应比= (等待时间+要求服务时间)/ 要求服务时间

等待时间相同的时,要求服务时间段的优先(SJF)

要求服务事件相同,等待时间长的优先(FCFS)


时间片轮转调度算法(RR Round-Robin)

按照各个进程到达就绪队列的顺序,轮流让各个进程执行一个时间片,若进程未在一个时间片内执行完,则剥夺处理机,将进程重新放到就绪队列队尾重新排队

优点:公平,相应快,适用于分时操作系统

缺点:由于高频率的进程切换,因此有一定开销;不区分紧急程度

优先级调度算法

每个进程有各自的优先级,调度时选择优先级最高的进程/作业请求且保持条件

优点:用优先级区分紧急程度、重要程度、适用于实时操作系统。

缺点:若源源不断的有高优先级进程到来,则可能导致饥饿

多级反馈队列调度算法

设置多级就绪队列,新进程到达时进入1级,按FCFS原则排队等待分配事件片。若时间片用完,就进入下一级队列队尾。只有k级队列为空时,才会给k+1级对头的进程分配时间片

请求且保持条件

管程

局部于管程的共享数据结构说明

对该数据结构进行操作的一组过程

对局部与管程的共享数据设置初始值的语句

管程只是一个名字

进程互斥的软件实现方法

单标志法(利用一个标志来表示临界资源是否可进入)

单标志法的主要问题是:违背“空闲让进”原则。

双标志法(两个标志,如果对方访问临界资源,则可上锁进入临界区)

违背了“忙则等待”的原则

双标志后检查(先上锁后检查)

违背“空闲让进”的原则

Paterson算法

如果我想进入临界区,我就将我的标志为置为true,并标志可以让对方先访问资源。如果我发现对方想进入临界区并且我已经让对方先访问资源,就循环等待

进程互斥的硬件实现方法

中断屏蔽方法:利用“开/关中断指令”实现

优点:简单、高效

缺点:不适用于多处理机

TestAndSet指令(TSL)

优点:实现简单

缺点:不满足“让权等待”原则,即使没有资源,也会一直占用CPU

Swap指令

死锁产生的必要条件

互斥条件:只有对互斥使用的资源的争抢才会导致死锁(如哲学家的筷子),像内存、扬声器这样可以让多个进程使用的资源是不会导致死锁的。

不可剥夺条件:进程所获得的资源在未使用之前,不能由其他进程强行夺走,只能主动释放。

请求和保持条件:进程已经保持了至少一个资源,但又提出了新的资源请求,而该资源又被其他进程占用,此时请求进程被阻塞,单又对自己已有的资源保持不放。

循环等待条件:存在一种进程资源的循环等待链,链中每个进程已获得的资源同时被下一个进程锁请求。

死锁的处理策略

破坏互斥条件:将互斥的资源改造成为可以同时使用的资源

破坏不可剥夺:当某个进程请求资源得不到满足的时,它必须立即释放保持的所有资源,待以后需要时重新申请

破坏请求和保持条件:采用静态分配方法,即进程运行前一次申请完它所需要的全部资源。

破坏循环等待条件:可采用顺序资源分配法,首先给系统中的资源编号,规定每个进程必须按照顺序请求资源,同类资源一次申请完

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