【操作系统】进程管理

总结

进程

1.组成&特点

进程（进程映像：PCB，程序，数据）是资源分配和调度的独立单位。（动态的，而非静态）
PCB： 包含进程的标记，优先级。
正文段： 全局赋值变量。
堆段： malloc动态分配资源。
栈段： 未赋值局部变量，函数调用实参传递。
 

2.七状态&四变化

若就绪态有就绪进程，则运行态必有进程。没有运行进程和就绪进程不代表没有进程：可能死锁，可能等待。

3.控制操作

对于键盘数据输入开启单线程即可。
 

4.进程通信

因为每个进程都有独立的空间，需要借助 kernel 通信。
共享存储： 数据结构，数据区。
消息传递： 直接通信（消息队列）；间接通信（挂入中间实体）。
管道通信： 双向传输的半双工通信的pipe文件操作；管道空，读进程阻塞；管道满，写进程阻塞，允许同时存在。
 
 

线程

1.特点

基本： 进程实体，独立调度和分派的最小单位；处理机的分配单元。
其他： 不拥有资源，并发性强，开销小，共享同一进程下的资源，可以直接通信；同一程序可分成不同的用户线程供用户使用。
 

2.实现

ULT & KLT： 用户，内核。
多线程模型： 多对一（不同参数控制同一个程序），一对一（进程<->程序），多对多（并发执行不同程序），一对多（一个进程多个程序）。
多任务模型： OS同时执行的程序个数。
 
 

处理机调度

1.调度层次

(高级调度)作业调度： 高
(中级调度)内存调度： 中
(低级调度)进程调度： 低
 

2.调度方式&性能指标

调度方式：抢占/非抢占。
(常考)周转时间： 完成时间 - 进入队列的时间
(常考)带权周转时间： 周转时间 / 程序执行时间
RR的最后的周转时间以最后的那个为准。
 

3.(常考)调度方法

操作	指标	具体细节
FCFS	时间	不可剥夺，短不利，CPU长
SJF	执行时间长度	长不利，饥饿
优先级调度	优先级	优先级一致的时候，先来先服务
高响应比	比	（等待 + 要求服务时间） / 要求服务时间，高者优先
RR	时间片大小	强行停止，每次-1
多级反馈	–	适合各类用户

 
 

进程同步

1.同步

制约关系。
 

2.临界区互斥

空闲让进，忙则等待，有限等待，让权等待。

软件实现

单标志法：
设置公共资源占用标记turn，如果 turn 为一个标记为0的时候，这个程序可以使用。

while(turn != 0);     |    while(turn != 1);
critical section;	  |    critical section;
turn = 1;             |    turn = 0;
remainder section;    |    remainder section;                                                

 
双标志检查法
先检测对方的标志位，然后再检查自己的标志位。

//P0
while(flag[j]);  //P2访问的话挡在外面
flag[i] =  true;
critical section;
	flag[i] = false;
remainder section;

//P1
while(flag[i]);	//P1访问的话挡在外面
flag[j] = true;
critical section;
	flagp[j] = false;
remainder section;

 
双标志法后检查
先设置自己的标志位，然后再检测对方的标志。

//P1
flag[i] = true;
while(flag[j]);
critical section;
	flag[i] = false;
remainder section;

//P2
flag[j] = true;
while(flag[i]);
critcial section;
	flag[j] = false;
remainder section;

 
Peterson’s Algorithm
设置完自己的标志之后也补充一个turn设置为对方使用。

//P1
flag[i] = true;
turn = j;
while(flag[j] && turn == j);	//P2要使用，谦让之后挡在门外
critical section;
	flag[i] = section;
remainder section;

//P2
flag[j] = true;
turn = i;
while(flag[i] && turn == i);
critical section;
	flag[j] =  false;
remainder section;

 

硬件实现

中断屏蔽： 关/开中断
硬件指令： T&S , Swap
 

信号量 & 前驱关系实现

PV： wait(消耗一个资源)，signal(产生一个资源)
前驱实现

semaphore a1 = a2 = a3 = a4 = 0;	//每种关系产生 / 消耗一个资源
S1(){
	V(a1);V(a2);
}

管程： 一个数据结构和能为并发进程所执行的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据。

 

3.(常考)经典设计问题

生产者消费者

关系： 生产者 + 消费者
思路： 生产者生产放入缓冲池，消费者从缓冲池中拿出资源；缓冲池要设置满和空。
信号： mutex，full

semaphore mutex = 1 , empty = n , full = 0;
producer(){
	while(1){
		produce an item in nextp;
		P(empty);
			P(mutex);
				add an item in nextp;
			V(mutex);
		V(full);
	}
}

consumer(){
	while(1){
		P(full);
			P(mutex);
				remove an item from buffer; 
			P(mutex);
		V(empty);
		consume the item;
	}
}

 

2.读者写者

关系： 读者，写者
思路： 1.多个读者同时读取信息，2.一个写者写入信息，3.写完成之前不允许其他读者/写着工作；4.写前，读者/写者退出。
信号： mutex，cnt(此时读取资源的人数)，rw(控制cnt的信号)

semaphore mutex = 1 , rw = 1;
int cnt = 0;
Reader(){
	while(1){
		P(rw);
			Writing;
		V(rw);
	}
}
Writer(){
	while(1){
		P(mutex);
			if(count == 0)	P(rw);
			count ++;
		V(mutex);
		
		reading;
		
		P(mutex);		
			count --;
			if(count == 0)	V(rw);
		V(mutex);
	}
}

 

3.哲学家进餐问题

关系： 哲学家和其两边的哲学家存在互斥关系。
思路： 取筷子的时候要带上互斥量，拿起筷子，吃，放下筷子，思考。
信号： chop[5] = {1 , 1 , 1 , 1 , 1} , 左边标号 i，右边标号(i + 1) % 5；mutex。

semaphore chop[5] = {1 , 1 , 1 , 1 , 1} , mutex = 1;
Pi(){
	do{
		P(mutex);
			P(chop[i]);	//拿左筷子
			P(chop[(i + 1) % 5]);	//拿右筷子
		V(mutex);
		eat;
		V(chop[i]);	//放左筷子
		V(chop[(i + 1) % 5]);	//放右筷子
		think;
	}while(1);
}

 

4.吸烟者问题

关系： 三个抽烟者，一个供应者
思路： 一个随机生成函数，三个进程函数。
信号： offer1, offer2 , offer3 , finish抽烟动作。

int random;
semaphore offer1 = offer2 = offer3 = finish = 0;

process P1(){
	random;
	random = random % 3;
	if(random == 0)	V(offer1);
	else if(random == 1) V(offer2);
	else V(offer3);
	put on the desk;
	P(finish);
}

Process P2(){
	while(1){
		P(offer3);
			put paper and clue on the desk;
		V(finish);
	}
}

Process P3(){
	while(1){
		P(offer2);
			put cig and clue on the desk;
		V(finish);
	}
}

Process P4(){
	while(1){
		P(offer1);
			put cig and paper on the desk;
		V(finish);
	}
}