第?章 进程管理 上
第?节 进程的概念、组成、特征进程的概念
进程的组成—PCB进程
进程的特征第?节?结
第?节 进程的状态与转换、进程的组织知识总览
进程的状态--创建态、就绪态
进程状态的转换进程的状态
进程的组织—链接?式/索引?式第?节?结
第三节 进程控制知识总览
如何实现进程控制
如何实现原语的“原?性”进程控制的相关原语
程序是如何运?的第三节?结
第四节 线程的概念（多线程模型）
知识总览 线程的概念线程的属性
第五节 线程的实现?式和多线程模型知识总览
?户级线程
操作系统?持的线程—内核级线程第五节?结
第六节 调度的概念、层次调度的基本概念
调度的三个层次—?级调度三层调度的联系、对?
第六节?结
第七节 进程调度的时机、切换与过程、?式知识总览
进程调度的实际 进程调度的时机 进程调度的?式 进程的切换与调度第七章?结
第?节 进程的概念、组成 特征
、
进程的概念
程序：是静态的，就是个存放在磁盘?的可执??件，就是?系列的指令集合。进程：是动态的，是程序的?次执?过程。
进程的组成—PCB
PCB数据结构（process control Block）进程控制块
当程序被创建时，操作系统会为该进程分配?个唯?的不重复的?份证号— pid（processID，进程ID）
?此来区分?个程序被多次调?产?的多个进程。
进程是动态的，进程的组成其实是由进程实体（进程映像）组成的。进程实体包含PCB，程序段和数据段。
数据段：在进程动态运?过程中是改变的。如开始定义的变量，程序执?过程中改变的变量。
进程
程序段：包含了程序的代码，在执?过程中是CPU执?的各条指令。
PCB：为了描述控制进程的运?，系统中存放进程的管理和控制信息的数据结构称为进程控制块（PCB Process Control Block），它是进程实体的?部分，是操作系统中最重要的记录性数据结构
进程的特征
动态性：进程是程序的?次执?，是动态地产?变化和消亡的。（最基本特性）并发性：内存中有多个进程实体，各进程可并发执?
独?性：进程能独?运?获得资源独?，独?接收调度的基本单位。
异步性：各进程按各?独?的、不可?预的速度向前推进，操作系统要提供“进程同步机制”来解决异步问题
结构性：没各进程都会配置?个PCB。从结构上看，进程由程序段。数据段和PCB组成。
第?节?结
第?节 进程的状态与转换、进程的组织
知识总览
进程的状态--创建态、就绪态
创建态：进程正在被创建时，他的状态是“创建态”，在这个阶段操作系统回为进程分配资源\初始化PCB。
就绪态：当进程创建完成后，便进?”就绪态“，处于就绪态的进程已经具备运?条
件，但由于没有空闲CPU，就暂时不能运?。（所以可能存在很多正处于就绪态的进程）
运?态：当CPU空闲时擦偶?系统就会选择?个就绪进程，让他上处理机运?。在 CPU上运?的就说这个进程处于“运?态”，CPU会执?该进程对应的程序（执?指令序列）
阻塞态：当处于”运?态“的进程请求某个资源，但是如果此时请求的资源正被占?中这是运?态会转变为“阻塞态”（eg：执?进程时请求了打印机资源，打印机此时正在打印状态中，就会释放CPU资源不让此进程?期占?打印机的资源，让此进程下 CPU，并让进程进?“阻塞态”。然?等到打印机资源有可以使?是进程?会由阻塞态重新回到就绪态准备进?CPU执?）
终?态：?个进程可移植性exit系统调?，请求操作系统终?该进程，此时该进程会进
?“终?态”，操作系统会让该进程下CPU并回收内存空间等资源，最后还要回收该进程的PCB。
进程状态的转换
进程的状态
进程的组织—链接?式/索引?式
第?节?结
第三节 进程控制
进程控制的主要功能就是对系统中的所有进程实施有效的管理，他具有创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换等功能。
知识总览
如何实现进程控制
如何实现原语的“原?性”
CPU每次执?万?条指令后都会例?检查是否有中断信号需要处理，如果有，则暂停运?当前这段程序，转?执?相应的中断处理程序。
CPU执?了关中断指令后，就不在例?检查中断信号，直到执?开中断指令后才会恢复检查。
在CPU执?关中断指令后不检查中断信号，在此时执?的原语会?直执?，直到完毕后执?开中断指令然后才后检查其他的中断指令，此时就可以被打断来了。
上述提到的两个指令都是特权指令 ?户?法使?。
进程控制的相关原语
创建原语
作业是放在外部存储中的还没有调?进系统的?些应?程序，发?作业调度的时候就会是?到创建原语
撤销原语
进程之间的关系是树形结构事件会引起进程的终?
阻塞和唤醒原语
切换原语
程序是如何运?的
psw：程序状态字寄存器
pc：程序寄计数器，存放当前正在执?的指令。 Ir：指令寄存器，存放当前正在执?的指令。
进程控制的相关原语
第三节?结
?论是那个原语他的?的都是：更新PCB中的信息，将PCB插?合适的队列，分配/回收资源
第四节 线程的概念（多线程模型）
知识总览
传统的进程是程序执?流的最?单位。
传统的进程智能穿?的执??系列程序。为此我们引?了“线程”，来增加并发都。
线程的概念
线程是?个基本的CPU执?单元。也是程序执?流的最?单元可以把线程理解为“轻量级进程”
引?线程，不仅进程之间可以并发，进城内的各各线程之间也可以并发，从?进?步提升了?戎的并发都，使得?个劲城内也可以并发处理各种??（如QQ视频、?字聊天、传?件可以同时进?）
引?线程后，进程制作为出CPU之外的系统资源的分配单元（如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的）。
线程的属性
第五节 线程的实现?式和多线程模型
知识总览
?户级线程
在早期不?持线程的系统中如何实现仿线程
?图中的代码循环执?三个程序达到类似的效果。
历史背景：早期操作系统的“线程是由线程库来实现的。
- ?户级线程由应?程序通过线程库实现，所有的线程?作都应由应?程序负责，包括线程切换
- ?户级线程中，线程切换可以在?户态下即可完成，?需操作系统?预。
- 在?户看来是有多个线程。但是在操作系统内核看来，并意识不到线程的存在。”?户级线程诶那个“就是”从?户视?看能看到的线程“
- 优点：切换在?户空间内即可完 成，不需要切换到?奴态，线程管理的系统开销?，效率?。缺点：当?个?户级线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞，并发度不?。多个线程不可在多喝处理机上并?运
?。
操作系统?持的线程—内核级线程
- 内核级线程的管理?作由操作系统内核完成
- 线程调度、切换等?作都有内核负责，因此内核级线程的切换必然需要在核?态下才能完成。
- 操作系统会为每隔内核级线程建?相应的TCB（线程控制块），通过 TCB对线程进?管理。”内核级线
程“就是”从操作系统内核视?看能看
懂的线程
- 优点：当?个线程被阻塞后，别的线程还可以继续执?，并发能? 强。多线程可以在多核处理机上并
?执?。缺点：?个?户进程会占
?多个内核级线程，线程切换由操作系统内核完成，需要切换到核?态。管理成本?，开销?。
多线程模型
?对?模型
多对?模型
TIPS：操作系统只看的?内核级线程，因此只有内核级线程才是处理及分配的单位多对多模型
上图的解释：因为操作系统只认内核级线程有多少内核级线程他就分配多少内核，当
?户进程?到三个线程并发执?时却只能申请两个操作系统内核这时就会将?个内核分配给?个占?资源较多的，另外?个内核分配给两个占?资源较少的内核
此时只有多个内核级线程都被阻塞的状态下才说该进程运?被阻塞。
第五节?结
第六节 调度的概念、层次
调度的基本概念
引?了两个例?来进?描述
例?：银?取钱先到先服务，VIP通道有限服务
排队使?厕所?时短的先使?，?时相同着先?队列先服务。
调度：当有?堆任务需要处理时但是由于资源有限，这些事情没法同时处理。这就需要某种规则来决定处理这些任务的顺序，这就是“调度”研究的问题。
调度的三个层次—?级调度
作业：?个具体的任务
?户向系统提交?个作业==?户让操作系统启动?个程序（来处理?个具体的任务）
?级调度（作业调度) 按?定的原则从外存的作业后备队列中挑选?个作业调?内
存，并创建进程。每隔作业只调??次，调出?次。作业调?时会建?PCB，调出时才撤销PCB。
低级调度（进程调度/处理机调度）—按照某种策略从就绪队列中选取?个进程，将处理机分配给他。进程调度频率很?。
中级调度
运存不?时可以将某些进程中的数据调出外存。等内存空闲或者进程需要运?时在重新调?内存。暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态。北??得进程PCB会被组织程挂起队列 发?频率?于?级调度
三层调度的联系、对?
第六节?结
第七节 进程调度的时机、切换与过程、?式
知识总览
进程调度的实际
低级调度：就是按照某种算法从就绪队列中选择?个进程为其分配处理机。需要进?进程调度与切换的情况
当前运?的进程主动放弃处理机进程正常终?
运?过城中发?异常?终?
进程主动请求阻塞（如等待I/O）
当前进程被动放弃处理机分给进程的时间??完
有更紧紧的事需要处理（如I/O中断）
有更?优先级的进程进?就绪队列）
不能进?进程调度和切换的情况
在处理中断的过程中。中断处理过程复杂，与硬件密切相关，很难做到在中断处理处理过程中进?进程切换。
进程在操作系统内核程序临界区中。
在原?操作过程中（原语）。原?操作不可中断，要??呵成（如之前讲过的修改PCB中进程状态标志，并把PCB放到相应队列）
进程调度的时机
进程在操作系统内核程序临界区中不能进?调度与切换 正确进程处于临界区时不能进?处理机调度 错误表述
临界资源：?个时间段内只允许?个进程使?的资源。各进程需要互斥地访问临界资源
临界区指访问临界资源的代码，因此各个进程只能互斥的进?临界区
?段话：?个进程此时需要访问就绪队列的时候，会把就绪队列上锁，如果进程还没有推出临界区就绪队列就会继续处于上锁状态，?进程调度的程序为了切换进程也需要访问就绪队列，但是此时就绪队列正被锁住，此刻就五?进?进程调度即?法切换进程
内核程序临界区访问的临界资源，如果不尽快释放的话，极有可能影响到操作系统内核的其他管理?作。因此在访问内核程序临界区期间不能今次那个调度与切换。
其他例?普通临界区访问的临界资源不会直接映像操作系统内核的管理?作。因此在访问普通临界区时可以进?调度与切换。
进程调度的?式
?剥夺式调度?式，?称?抢占?式。即，只允许进程主动放弃处理机。在运?过程中即便有更紧迫的任务到达，当前进程仍然会继续使?处理机，直到该进程终?或主动要求进?阻塞态。
实现简单，系统开销?但是?法急事处理紧急任务，适合于早期的批处理系统
剥夺时调度?式，?称抢占?式，当?个进程正在处理机上执?时，如果有?个更更重要的或更近颇得进程需要使?处理机，则?即咱?内个正在执?的进程，将处理机分配给更重要紧迫的那个进程
可以优先处理更紧急的进程，也可实现各进程按时间?轮流执?的功能（通过时钟中断），适合于分时操作系统，实时操作系统
进程的切换与调度
狭义的进程调度指的是从就绪队列中选中?个要运?的进程。（这个进程可以时刚刚被暂停执?的进程，也可能时另?个进程，后?种情况就需要进程切换）
?义的进程调度包含了选择?个进程和进程切换两个步骤进程切换的过程主要完成了：
队员来进程各种数据德保村 对新的进程的各种数据的恢复
（如程序计数器、程序状态字、格正数据寄存器等处理机现场信息，这些信息?般报讯在进程控制块）
进程的切换时有代价的，因此如果过于频繁的今次那个进程的调度切换，必然会使整 个系统的效率降低，使系统?部分时间都花在了进程切换上，?真正?于执?进程的时间减少。
第七章?结
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