进程管理（Process）

一，引入

1.单道程序：占用全部资源，顺序执行，条件相同则结果必相同（可再现性）。
2.多道程序：并发进行，执行时可再输入，条件相同结果也未必相同；

操作系统之-----进程管理
2.1.Bernstein条件（并发执行条件）：
当且仅当：R(p₁) ∩ W(p₂) ∪ R(p₂) ∩ W (p₁) ∪ W(p₁) ∩ W(p₂)=={ }

二，进程介绍（数据，程序，PCB）

1.三种基本状态及其转换：
运行：进程数小于处理机数；
就绪：已获得必要资源，就等待处理机，队列按优先级排列；
阻塞：等待I/O 或因同步事件暂停，不能参与竞争处理机；

①就绪—>运行：获得处理机；
②.运行—>阻塞：由于I/O，等待同步事件，访问临界资源等原因不能继续执行；
③阻塞—>就绪：阻塞条件解除后，回到就绪队列，等待处理机；

2.增加状态
①创建状态：分配PBC结构，进程组，链接好关系；
②退出状态：释放资源，暂留系统，收集PCB信息；
③挂起状态：因内存紧张，部分进程换至外存，解除后，不能直接进入就绪，有就绪挂起、阻塞挂起；
3.PCB结构
①进程描述信息：进程名，用户名，进程标识符；
②处理机状态信息：通用寄存器（暂存信息），指令寄存器（存下一条指令地址），程序状态字寄存器PSW（状态信息），栈指针（系统调用参数及地址）；
③进程调度信息：进程状态，优先级，统计信息（执行时间，等待时间），阻塞原因；
4.PCB组织
相同状态的PCB链接为一个队列：
5.原语：要么做要么不做，不构成中断
阻塞原语：停止进程执行，插入阻塞队列，重新调度；
唤醒原语：进程由阻塞队列进入就绪队列，改变PCB状态；
挂起原语：检查进程状态并变成挂起状态；
**原语：就绪挂起则变为就绪，阻塞挂起则进入阻塞队列；
创建原语：申请空白PCB并初始化信息，为其分配资源；
撤销原语：终止进程，撤销子进程，归还资源，移出队列

三，线程

1.优点：响应度高（部分阻塞，其他线程仍可执行）；资源共享（共享同一进程资源）
2.线程控制块（TCB）：标识符，寄存器，栈指针，私有存储器；
3.线程创建： 进程---->创建主线程—>新线程—>投入就绪队列；
4.线程分类：
用户级线程(User Level Threads,ULT):线程库管理，内核不知道它的存在，可在任何操作系统运行（由自身线程库实现）；
内核级线程（Kernel Supported Threads，KST）：可以把一个进程中多个线程分配给多个处理机，缺点就是切换时需要内核状态装换；
区别：用户级线程阻塞则整个进程阻塞，内核级线程阻塞不会引起进程阻塞，
4.轻型进程（Light weight process）
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轻型进程是介于用户级和内核级进程之间；
注意：
①只有和LWP链接的线程才可以和内核级线程通信；
②一个LMP对应一个内核级线程；
③内核级线程阻塞—>LWP阻塞—>所连用户级线程阻塞；
5.线程池
限制了最大的进程数量；
思想：进程创建一定的线程放入池中等待----->收到请求---->唤醒一个线程----->完成服务----->返回池中等待
若线程用完了，则等待；
优点：
①现有线程处理请求比临时创建更快；
②限制了可用线程数量；

四，进程同步与互斥

互斥：进程不能同时使用同一资源；
同步：多个进程存在时序关系；
临界资源：只允许一个进程访问的资源；
临界区：访问临界资源的那段代码；
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实现方法： 信号量和PV操作

struct semaphore{
int value; value 表示某种资源数目
struct PCB *queue;
}

P原语：
void wait(semaphore s)
{
s.value = s.value-1;
if(s.value<0)
block(s.queue);
}
阻塞进程，投入等待队列；

V原语：
void signal(semaphore s)
{
s.value = s.value+1;
if(s.value<=0)
wackup(s.value);
}
唤醒阻塞进程，从等待进程取出，投入就绪队列；

①解决互斥问题:
定义互斥信号量 mutex=1
如：
semaphore mutex=1;
P₁:
{
P(mutex);
R₁=COUNT;
R₁=R₁+1;
COUNT=R₁;
V(mutex);
}

P₂:
{
P(mutex);
R₂=COUNT;
R₂=R₂-+1;
COUNT=R₂;
V(mutex);
}

②解决同步问题：
semaphore S=0;
/进程P₁/
C₁; // P₁代码段
V(S);

/进程P₂/
P(S);
C₂;

经典进程同步，互斥问题
1.生产者----消费者问题
2.读者-------写者问题
3.哲学家进餐问题
4.打瞌睡的理发师问题

五，管程

1，思想：把信号量和操作原语封装在一个对象内部（用函数库实现）；
2，特征：
①必须经过管程才能访问共享资源；
②一次只允许一个进程进入管程，其他进程调用管程一律挂起，实现了进程互斥；
③进程需要通过调用管程的一个过程来进入管程；

六，案例

1> Solars 的同步与互斥
①自旋锁：保护短的临界数据，长了就低效；
某时刻，只有一个进程获得自旋锁，本质上是检查内存上的一整数，为0则可获得，改为1后进入临界区，为非零则不断检查直至为0；
②读写锁：用于保护经常访问的只读数据，允许多进程只读访问，数据更新时互斥访问；
③十字转门：是一个就绪队列，未获得锁的进程阻塞并进入此队列；
2> Windows 的同步与互斥
除上述外，还有
①屏蔽中断：进程刚进入临界区时，屏蔽所有中断，防止其他进程介入；
②调度对象：
事件：条件出现，通知等待线程；
定时器：在一定事件后通知进程；

七，进程通信

1>.进程通信类型：
1.共享存储器系统
2.消息传递系统
3.管道通信
2>.客户端—服务器系统通信
1.命令管道
2.套接字
3.远程过程调用
4.远程方法调用

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