操作系统----新增考点（信号和多处理机调度）

dulu~dulu

已于 2024-12-16 16:03:17 修改

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分类专栏：查缺补漏操作系统文章标签： linux 运维服务器

于 2024-12-02 05:00:00 首次发布

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操作系统

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一.信号

信号(signal)：用于通知进程某个特定事件已经发生。进程收到一个信号后，对该信号进行处理。

与信号量的区别：

信号量(Semaphore)--实现进程间的同步、互斥
信号(Signal)--实现进程间通信(IPC，Inter Process Communication)

相关概念：

1.不同的操作系统对信号类型的定义不一样。

2.通常用宏定义表示信号名，如：#define SIGHT 2

3.重复收到的同类信号，将被简单丢弃。

4.有些信号既不能被用户自定义处理函数，也不能被阻塞。如SIGKILL，SIGSTOP

信号的发送与保存：

用户进程之间可以发送信号，但是用户进程间能发送的信号是有限制的。例如，SIGKILL可用作父进程杀死子进程，但其他进程不能随意发送SIGKILL这个信号。内核进程也可以给用户进程发送信号。

当进程从内核态转为用户态时(如：系统调用返回、或中断处理返回时)，例行检查是否有待处理信号，如果有，就处理信号。例如下图，待处理信号是1和8，但是8是被阻塞信号（这可以由进程决定），所以只用处理1就行。

处理信号时，会先按位取反blocked位向量，再与pending位向量进行按位与运算，确定需要处理的信号。

操作系统会为每个信号配备一个默认的处理程序：

操作系统为每种信号都设置了默认的处理程序，如终止进程或忽略信号。用户也可以通过系统调用为进程设置自定义的信号处理程序。自定义的信号只能作用于本进程，如果没有自定义的信号处理程序就会执行操作系统的默认处理程序。

1.自定义的信号处理程序会覆盖默认的处理程序。

2.信号处理程序运行结束后，通常会返回进程的下一条指令继续执行（除非信号处理程序将程序阻塞或终止）。

3.处理信号后，会将pending位重置为零，重复的信号将被丢弃（因为每一类的信号只用了1bit记录）。

4.同时收到多个信号时，通常先处理序号较小的信号。

信号与异常：

“信号”可以作为“异常”的配套机制,让进程对操作系统的异常处理进行补充。
在进程运行过程中，某些特殊事件可能引发异常操作系统内核负责捕获并处理异常
有些异常可以由内核完成全部处理(如:缺页异常)，此时就不必再使用信号机制。
有些异常无法由内核完成全部处理，可能还需要用户进程配合，此时就可以用“信号机制”与“异常机制”相互配合(如:在Linux中，发生除以0异常时，内核的异常处理程序会向用户进程发送SIGFPE信号。SIGFPE信号的默认处理程序会将进程终止并转储内存；当然进程可以自定义SIGFPE信号处理程序)

二.多处理机调度

与单处理机相比，多处理机除了考虑① 让哪个就绪进程上处理机运行，还需要考虑② 上哪个处理机处理

由此我们对多处理机提出了两个要求：

①负载均衡：

负载均衡的目标是让所有CPU都同等忙碌，避免某些CPU过于空闲或忙碌。可以通过让负载高的CPU分担更多任务来实现负载均衡。
② 处理机亲和性：

处理机亲和性就是尽可能让一个进程调度到同一个CPU上运行，以发挥CPU缓存的作用。缓存可以提高进程的运行速度，减少访问主存的时间。

处理方法：

公共就绪队列：

（1）所有CPU共享同一个就绪进程队列(位于内核区)

（2）每个CPU时运行调度程序，从公共就绪队列中选择一个进程运行。选择进程可以使用调度算法，和单处理机一样。

（3）每个CPU访问公共就绪队列时需要上锁(确保互斥)

优点：可以天然地实现负载均衡

缺点：各个进程频繁地换CPU运行，“亲和性”不好。

如何提高处理机亲和性：

软亲和：通过操作系统的调度程序尽量保证处理机亲和性。

硬亲和：用户进程通过系统调用主动要求操作系统分配固定的CPU。

私有就绪队列：

私有就绪队列是每个CPU有自己的就绪队列，调度程序只检查自己的私有队列，从自己的队列中选择一个进程运行。

私有就绪队列天然实现了处理机亲和性。因为一段时间内CPU总是调度自己队列中的进程。

那怎么实现负载均衡？

推迁移（push）：

一个特定的系统程序周期性检查每个处理器的负载，如果负载不平衡，就从忙碌CPU的就绪队列中“推”一些就绪进程到空闲CPU的就绪队列。

拉迁移（pull）：

拉迁移策略是每个CPU的调度程序周期性检查自身的负载和其他CPU的负载，如果自己较闲而其他CPU较忙，则主动将其他CPU的就绪进程拉到自己的就绪队列中。

在这两个策略下一个进程可能会切换CPU，这样就会牺牲一定的亲和性，程序员可以采用硬亲和的方式（通过系统调用主动要求操作系统分配固定的CPU），确保亲和性。