操作系统 第二章 (用户态 核心态 中断 异常)

进程的定义

程序：就是一个指令序列
PCB(进程控制块存放有进程位置等信息)、程序段和数据构成了进程实体(进程映像)，PCB是进程存在的唯一标志
进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
进程的组织方式
1）链接方式：按照进程状态将PCB分为多个队列，操作系统持有指向各个队列的指针
2）索引方式：根据进程状态的不同，建立几张索引表，操作系统持有指向各个索引的指针

进程的状态与转换

进程的三种基本状态：
1）运行态：占有CPU并在CPU上运行
2）就绪态：已经具有运行条件，但是没有空闲CPU暂时不能运行
3）阻塞态：因等待某事件发生而不能运行，比如资源分配等
进程的另外两种状态：
4）创建态：正在被系统创建，初始化PCB等
5）终止态：进程正从系统撤销，操作系统回收进程的资源

进程控制

用原语实现进程控制。原语的特点是执行期间不允许中断，这种不中断的操作称为原子操作。原语采用“关中断指令”和“开中断指令”实现，原语运行在核心态

进程通信

各进程拥有的内存地址空间相互独立，一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间
进程通信的方式：
1）共享存储：
①基于数据结构的共享：比如共享空间只能存放长度为10的数组。这种共享方式速度慢，是一种低级通信的方式
②基于存储区的共享：在内存中画出一块共享存储区，是一种高级通信方式
2）管道通信：pipe通信，是指用于连接读写进程的一个共享文件，其实是内存中大小固定的一个缓冲区。
①管道通信只能半双工，某一时间内只能实现单向传输。如果需要实现双向同时通信，则需要设置两个管道。
②各个进程需要互斥的访问管道。
③数据以字符流的形式写入管道，当管道写满时，写进程的write()系统调用将被阻塞，等待系统将数据取走。当度进程将数据全部取走后，管道变空，此时度进程的read()系统调用将被阻塞。
④没有写满不允许读，没有读空不允许写
⑤数据一旦被独处，就从管道中被抛弃，这意味着读进程最多只能有一个
3）消息传递：进程间的数据以格式化的消息为单位。进程通过操作系统提供的“发送消息/接受消息”两个原语进行数据交换。分为直接通信方式和间接通信方式(又称信箱通信方式Eg：计网中的邮件系统)

线程概念和多线程模型

线程是基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单位
进程是处理机调度的基本单位，进程是资源分配的单位
线程是处理机调度的基本单位
进程内的线程之间可以并发，进一步提高了系统的并发度。比如一个QQ进程可以语音同时发文件，就是两个线程同时处理两个任务。
引入线程后，进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元。如打印机、内存地址空间分配等
线程的实现方式：
1）用户级线程：线程管理工作由应用程序负责，线程切换可以在用户状态下完成，用户级线程只能为用户看到不能被系统看到
2）内核级线程：线程的管理由操作系统完成，线程切换在核心态下完成，从操作系统视角可以看到线程
内核级线程才是处理机分配的单位
多线程模型：
多对一模型：多个用户线程映射到一个内核级线程
优：进程管理开销效率高
缺：一个线程阻塞会导致整个进程都被阻塞(并发度低)
一对一模型：一个用户线程映射到一个内核级线程
优：各个线程可以分配到多核机并行处理，并发度高
缺：进程管理的开销大
多对多模型：n个用户线程映射到m个内核模型

处理机调度的概念、层次

三层调度：高低中级和低级

进程调度的时机、切换与过程、方式、

进程在操作系统临界区中不能进行调度和切换，内核程序临界区一般是用来访问某种内核数据结构的
进程调度方式：
非剥夺调度方式：又称非抢占式，适合于早起批处理系统
剥夺调度方式：又称抢占方式，适合分时操作系统、实时操作系统

调度算法评价指标

CPU利用率：忙碌的时间/总时间
系统吞吐量：总共完成了多少道作业/总共花了多少时间
周转时间：指从作业被提交给系统开始，到作业完成为止这段时间间隔
平均周转时间：各作业的周转时间之和/作业数
带权周转时间：作业周转时间/作业实际运行时间
平均带权周转时间：各作业带权周转时间之和/作业书
等待时间：作业等待处理机状态时间之和，对于进程，等待时间就是指进程建立后等待被服务的时间之和
响应时间：提出请求到首次响应的间隔