操作系统——进程笔记

进程

进程的概念

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

源分配和调度的一个独立单位。

当进程被创建时（如打开应用），操作系统会为该进程创建一个唯一的，不重复的“身份证号”——PID（Process ID，进程ID）

操作系统要记录PID、进程所属用户ID（UID：基本的进程描述信息，可以让操作系统区分各个进程）

进程的组成

• PCB
• 程序段
• 数据段

进程的特征

• 动态性
• 并发性
• 独立性
• 异步性
  各自独立，以不可预知的速度前进。
• 结构性
  每个进程都会有程序段，数据段，PCB。

进程的状态与转换

进程的状态：

• 创建态
  在此阶段操作系统会为进程分配资源、初始PCB

• 就绪态
  进程已经就绪，只是没有空闲CPU，就暂时不运行。
  系统中可能会有很多个进程处于就绪态

• 运行态
  一个进程在CPU上运行

• 阻塞态
  主动请求，等待某个事件发生，事件发生前，进程无法继续往下执行。

• 终止态
  一个进程可以执行exit系统吊桶，请求操作系统终止该进程。操作系统会让该进程下CPU并回收资源。

有些地方可能考察进程七状态模型

进程的组织

• 链式方式

• 索引方式

进程控制

进程控制的主要功能是对系统中的所有进程实施有效的管理，它具有创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换等功能。

如何实现进程控制？

答：用“原语”实现，原语的执行具有“原子性”，一气呵成。

如何实现原语的“原子性”

原语的执行具有原子性，即执行过程只能一气呵成，期间不允许被中断。

可以用“关中断指令”和“开中断指令”这两个特权指令实现原子性。

进程控制相关的原语

进程控制总结

进程间通信

进程间通信是指两个进程之间产生数据交互。

共享存储

进程不能直接读其他进程的地址空间

eg. 要不然垃圾软件可以直接读私人信息

共享存储有两种方式：

• 基于数据结构的共享
  可以理解为一个大家都可以读的全局变量
• 给予存储区的共享
  操作系统在内存中画出共享存储区，数据的形式、存放位置等都不做控制。
  这种共享方式速度很快，是一种高级通信方式。

消息传递

进程间的数据交换以格式化的消息（Message）为单位。进程通过操作系统提供的“发送消息/接收消息”两个原语进行数据交换。包括消息头和消息体。

两种方式：

• 直接通信方式
• 间接通信方式

管道通信

管道通信是一个循环队列，先进先出。

线程

每个进程可以有多个线程。

可以把线程理解为“轻量级进程”
线程是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小到单位。引入线程之后，不仅是进程之间可以并发，进程内的各线程之间也可以并发，从而进一步提升了系统的并发度。

引入线程后，进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元。

线程的实现方式

• 用户级线程
  早期操作系统。使用线程库实现并发运行。
  一个线程被阻塞，整个进程都会被阻塞。
• 内核级线程
  操作系统支持的线程。
  管理成本更高，开销更大
• 组合方式

多线程模型

• 一对一模型

• 多对一线程模型

• 多对多模型

线程的状态与转换

线程状态通常只关心最主要的三个状态，即：

• 就绪态
• 运行态
• 阻塞态

组织