操作系统知识

进程与线程

对于有线程系统：

• 进程是资源分配的独立单位
• 线程是资源调度的独立单位

对于无线程系统：

• 进程是资源调度、分配的独立单位

进程之间私有和共享的资源

• 私有：地址空间、堆、全局变量、栈、寄存器
• 共享：代码段，公共数据，进程目录，进程 ID

线程之间私有和共享的资源

• 私有：线程栈，寄存器，程序寄存器
• 共享：堆，地址空间，全局变量，静态变量

linux使用的进程间通信方式

• 管道（pipe）,流管道(s_pipe)和有名管道（FIFO）
• 信号（signal）
• 消息队列
• 共享内存
• 信号量
• 套接字（socket)

各种通信方式的比较和优缺点

• 普通管道：速度慢，容量有限，只有父子进程能通讯
• 命名管道FIFO：任何进程间都能通讯，但速度慢
• 消息队列：容量受到系统限制，且要注意第一次读的时候，要考虑上一次没有读完数据的问题
• 信号量：不能传递复杂消息，只能用来同步
• 共享内存区：能够很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一个进程在写的时候，另一个进程要注意读写的问题，相当于线程中的线程安全，当然，共享内存区同样可以用作线程间通讯，不过没这个必要，线程间本来就已经共享了同一进程内的一块内存

线程同步方式和机制

• 事件(Event);
• 信号量(semaphore);
• 互斥量(mutex);
• 临界区(Critical section)。

四种同步方式简单介绍

1. 临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问，如果有多个线程试图访问公共资源，那么在有一个线程进入后，其他试图访问公共资源的线程将被挂起，并一直等到进入临界区的线程离开，临界区在被释放后，其他线程才可以抢占。它并不是核心对象，不是属于操作系统维护的，而是属于进程维护的。
2. 互斥对象：互斥对象和临界区很像，采用互斥对象机制，只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限。因为互斥对象只有一个，所以能保证公共资源不会同时被多个线程同时访问。当前拥有互斥对象的线程处理完任务后必须将线程交出，以便其他线程访问该资源。
3. 信号量：信号量也是内核对象。它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目
4. 事件对象： 通过通知操作的方式来保持线程的同步，还可以方便实现对多个线程的优先级比较的操作

死锁

原因

• 系统资源不足
• 资源分配不当
• 进程运行推进顺序不合适

产生条件

• 互斥
• 请求和保持
• 不剥夺
• 环路

预防

• 打破互斥条件：改造独占性资源为虚拟资源，大部分资源已无法改造。
• 打破不可抢占条件：当一进程占有一独占性资源后又申请一独占性资源而无法满足，则退出原占有的资源。
• 打破占有且申请条件：采用资源预先分配策略，即进程运行前申请全部资源，满足则运行，不然就等待，这样就不会占有且申请。
• 打破循环等待条件：实现资源有序分配策略，对所有设备实现分类编号，所有进程只能采用按序号递增的形式申请资源。
• 有序资源分配法
• 银行家算法