操作系统(进程控制)

进程控制

操作系统内核

• 核心态：具有较高的特权能够执行一切命令，访问所有寄存器和存储区

• 用户态：具有较低特权，只能执行规定的命令访问指定的寄存器和存储区。

内核与原语

• 内核：

  • 硬件的第一次延伸

  • 系统将一些与硬件紧密相关的模块放在内核

    • 中断处理
    • 时钟处理

  • 内核在执行某些操作时，往往是利用原语操作实现的。

• 原语：

  • 原语由若干条指令构成、用于完成一定功能的过程。
  • 原语是“原子操作”。即一个操作中的所有动作，要么全做，要么全不做。换言之，原子操作是一个不可分割的操作。

进程的创建与撤销

进程的创建

引入进程的事件

• 用户登录
• 新作业进入系统
• 提供服务
• 应用请求++++

创建原语要做的工作

• 申请空白PCB

• 为进程分配资源

• 初始化PCB

  • 初始化进程描述信息
  • 初始化处理机状态信息
  • 初始化进程控制信息

• 将新进程插入就绪队列

进程的撤销

引起进程撤销的事件

• 进程正常结束
• 进程异常结束
• 外界干预

撤销原语要做的工作

• 查找撤销进程的PCB
• 若进程处于执行状态，终止之，并进行进程调度
• 若有子孙，予以终止
• 归还资源
• 从所在对列移出

进程的阻塞与唤醒

引起进程阻塞的事件

• 请求系统服务
• 启动某种操作
• 数据尚未到达
• 无新工作可做

阻塞原语要做的工作

• 停止进程的执行
• 将进程插入阻塞队列，改变进程在PCB中的状态
• 重新调度

唤醒原语要做的工作

• 将进程从阻塞队列解下
• 将进程插入到就绪队列
• 改变进程在PCB中的状态

进程的挂起与激活

挂起原语要做的工作

• 检查被挂起进程的状态
• 如被挂起处于就绪状态，将进程从就绪状态变为就绪挂起状态。
• 如进程处于阻塞状态，将进程从阻塞状态变为阻塞挂起状态
• 如果进程正在进行，将进程变为就绪挂起状态，并重新调度

激活原语要做的工作

• 检查被激活进程的状态
• 如进程处于就绪挂起状态，将进程从就绪挂起状态变为就绪状态
• 如进程处于阻塞挂起状态，将进程从阻塞挂起状态变为阻塞状态
• 若系统为抢占式系统，则进行进程调度

线程

线程的引入

进程有两个基本属性：

• 进程是拥有资源的独立单位

• 进程是独立调度和分派的基本单位

  由于进程是资源的拥有者，因而在进程的创建、撤销和切换中系统必须为之付出较大的时间、空间开销。因此，系统中所设置的进程的数目不宜过多，进程切换的频率不宜过高。这就限制了进程并发程度的提高。

进程与线程的关系

线程的定义

线程是进程中的一个实体，是系统独立调度和分派的基本单位

线程的组成

每个线程有一个线程控制块（TCB）,用于保存自己的私有信息。

线程由TCB和属于该线程的用户栈和核心组成。

进程模型

• 进程是资源的拥有者
• 线程不拥有资源，只有TCB及堆栈

进程和线程的比较

• 调度

  • 线程调度快，需要空间小
  • 进程因拥有资源，调度时因负担过重而缓慢

• 并发行

  • 在引入线程的操作系统中不仅进程之间可以并发执行，一个进程中的多个线程之间亦可以并发执行。

• 拥有资源

  • 进程是资源的拥有者

• 系统开销

  • 进程的开销远大于线程切换的开销，线程的切换省去了资源的回收。

线程的实现

用户级线程

• 线程的创建、撤销和切换，都不利用系统调用来实现。线程与内核无关，内核也不知道线程的存在

内核级线程

• 依赖于内核，线程的创建、撤销和切换都由核实现。在内核中有线程控制块（TCB），内核根据TCB感知线程的存在，并对线程进行控制

组合的办法

• 由内核支持的用户线程。一个进程可以有一个或多个轻量级线程，每个轻量级线程由一个单独的内核线程来支持。

—笔记摘自课上PPT