操做系統--進程管理

進程管理：

　　進程基本概念：

　　　　1. 每一個進程在內存都中有實際的空間，包括代碼段、數據段、堆、棧等

　　　　2. 進程的五個狀態：運行、就緒、等待（阻塞）、建立、結束

　　　　3. 每一個操做系統只有一個運行進程、一個就緒進程隊列和 N 個等待進程隊列，一個等待進程隊列等待同一個資源

　　　　4. 每一個進程在操做系統中進程控制塊（PCB）來表示

　　　　5. 進程的上下文切換，就是離開的進程要將CPU寄存器中的值放到本身PCB的registers中，而進入的進程將PCB的registers中的值放到CPU寄存器中；上下文切換是額外開銷，應儘可能減小

　　　　6. 進程間通訊（IPC）： 信號量、消息隊列、共享內存、管道、套接字、信號

　　線程基本概念：

　　　　1. 與進程的區別：

　　　　　　宏觀上，資源擁有的單位爲進程（或任務），調度的單位爲線程；

　　　　　　線程只擁有一點在運行中必不可少的資源，但它可與同屬一個進程的其餘線程共享進程擁有的所有資源

　　　　　　線程的系統開銷比進程小

　　　　2. 用戶級線程：不依賴與OS核心（內核不瞭解用戶線程的存在），應用進程利用線程庫提供建立、同步、調度和管理線程的函數來控制用戶線程，典型的JVM

　　　　3. 內核級線程：依賴於OS核心，由內核的內部需求進行建立和撤銷，用來執行一個指定的函數；一個線程發起系統調用而阻塞，不會影響其餘線程；時間片分配給線程，因此多線程的進程得到更多CPU時間

　　　　4. 基於上兩種線程，有不一樣的多線程模型：

　　　　　　多對一模型，多個用戶級線程對應一個內核級進程

　　　　　　一對一模型，一個用戶級線程對應一個內核級線程

　　　　　　多對多模型，多個用戶級線程對應多個內核級進程

　　CPU調度：

　　　　1. 調度算法的評價準則：

　　　　　　週轉時間：進程從提交到完成所經歷的時間；  平均週轉時間 = All(週轉時間)/進程數 ；   帶權週轉時間 = 週轉時間/CPU執行時間  ；   平均帶權週轉時間 = All(帶權週轉時間)/進程數

　　　　　　響應時間：從進程提交到首次被響應的時間

　　　　　　等待時間：進程在就緒隊列中等待的時間總和

　　　　　　吞吐量：單位時間內所完成的進程數

　　　　　　CPU利用率

　　　　2. 進程調度算法：

　　　　　　1. FCFS算法（先來先服務）：有利於長進程不利於短進程，有利於CPU型的進程不利於I/O型的進程

　　　　　　2. SPF算法（短做業優先）：相對FCFS算法改善平均週轉時間，縮短進程的等待時間，提升了系統的吞吐量；但對長進程不利，而且進程的執行時間難以預估

　　　　　　3. SJF算法（最短剩餘時間優先）：是基於搶佔式的SJF算法

　　　　　　　　補充：HRRN算法（高響應比優先）：響應比 = （等待時間 +執行時間）/執行時間

　　　　　　4. 優先權調度算法：分爲靜態優先權和動態優先權，會致使進程飢餓，此時使用動態優先權，在優先權中加入時間參數

　　　　　　5. RR算法（時間片輪轉）：響應時間 = 進程數目 * 時間片長度

　　　　　　6. 多級隊列調度算法：把就緒隊列再分爲若干個子隊列，各子隊列的調度算法不同，而且各子隊列也有優先級的區別，如分紅系統進程、用戶交互進程、批處理進程等

　　　　　　7. 多級反饋隊列調度算法：時間片輪轉算法和優先級算法的綜合，從上到下隊列的優先級逐級下降，但時間片長度逐級加倍，只有上層隊列執行完了才執行下層隊列，一個進程完成了一個隊列中分給它的時間片，就降到下一級隊列末尾

　　進程同步：

　　　　1. 進程面臨的控制問題：互斥、死鎖、飢餓

　　　　2. 同步機制應遵循的準則：互斥、空閒讓進、有限等待

　　　　3. 解決進程同步的問題：軟件設計、硬件指令和信號量機制

　　　　4. 信號量機制：

　　　　　　1. 記錄型信號量結構：　typedef struct {

　　　　　　　    　　　　　　　　　int value;　

　　　　　　　　    　　　　　　　　struct process *L;

　　　　　　　　　   　　　　　　　} semaphore;

　　　　　　2. 信號量的值只能經過初始化及兩個原子操做改變：P、V(wait、signal)操做，分別表明分配資源和釋放資源

　　　　　　3. 信號量分爲互斥信號量（初始值永遠是1）和同步信號量（初始值根據資源數肯定）

　　　　　　4. wait和signal操做：

　　　　　　　　　　　　         

　　進程死鎖：

　　　　1. 產生死鎖的必要條件：互斥、不可搶佔、請求和保持、環路等待

　　　　2. 解決死鎖的基本方法：死鎖預防、死鎖避免、死鎖檢測和死鎖恢復

　　　　3. 死鎖預防：破壞四個必要條件中的一個條件

　　　　4. 死鎖避免：容許進程動態地申請資源，系統在進行資源分配以前，先計算資源分配的安全性。若這次分配不會致使系統從安全狀態向不安全狀態轉換，即可將資源分配給進程；不然不分配資源，進程必須阻塞等待，從而避免死鎖。　　安全條件：系統中存在一個安全序列<P0,P1,P2....>, 其中Pi將申請的資源<=(當前擁有資源+全部進程Pj佔有的資源)，j<i    使用銀行家算法實現

　　　　5.死鎖檢測：檢測資源分配圖是否能夠簡化

　　　　6. 死鎖恢復：有選擇地殺死進程

　　　　7. 現代操做系統避免死鎖採用的方式是：鴕鳥算法（不理不睬，僞裝不知道）