1、 2.1 程序、進(jìn)程與并發(fā)2.1.1 并發(fā)概述 并發(fā)和并行是不同的概念。并行是指在微觀上看都可以看作是同時(shí)發(fā)生的兩件或多件事。而并發(fā)是指在宏觀上可近似看作同時(shí)發(fā)生的兩件或多件事。 并行可看作是一種特殊的并發(fā)。嚴(yán)格意義上的并行處理只有在多處理器的情況下才有可能發(fā)生。而并發(fā)是現(xiàn)代處理系統(tǒng)中常有的事。 2.1.2程序的順序執(zhí)行和并發(fā)執(zhí)行（介紹程序執(zhí)行的過(guò)程）順序執(zhí)行：一個(gè)程序執(zhí)行完以后才去執(zhí)行下一個(gè)。優(yōu)點(diǎn)：便于控制。缺點(diǎn)：浪費(fèi)資源，不分輕重緩急。并發(fā)執(zhí)行：兩個(gè)或多個(gè)程序交替執(zhí)行。優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高，更合理。缺點(diǎn)：控制復(fù)雜，可能產(chǎn)生死鎖。進(jìn)程及其運(yùn)行環(huán)境進(jìn)程的定義：可并發(fā)執(zhí)行的程序，在一個(gè)數(shù)據(jù)集合上運(yùn)

2、行的過(guò)程。進(jìn)程與程序的關(guān)系：一個(gè)程序可以對(duì)應(yīng)一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程；一個(gè)進(jìn)程可以對(duì)應(yīng)一個(gè)程序，或者對(duì)應(yīng)程序的某一部分。（正解？）認(rèn)為：進(jìn)程首先是可執(zhí)行的程序；進(jìn)程是針對(duì)操作系統(tǒng)而言的；在編制進(jìn)程程序時(shí)應(yīng)合乎進(jìn)程運(yùn)行的規(guī)則。 進(jìn)程運(yùn)行的幾個(gè)基本特征：動(dòng)態(tài)性；并發(fā)性；獨(dú)立性；異步性；進(jìn)程的運(yùn)行是并發(fā)的，也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題：（）增加了空間開銷（）額外的時(shí)間開銷（）難于控制（）處理器競(jìng)爭(zhēng)尤為突出進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程是一個(gè)過(guò)程，從產(chǎn)生到滅亡，有若干個(gè)狀態(tài)。五狀態(tài)進(jìn)程模型執(zhí)行狀態(tài)阻塞狀態(tài)就緒狀態(tài)新建狀態(tài)終止?fàn)顟B(tài)五狀態(tài)間的相互轉(zhuǎn)換：圖五狀態(tài)進(jìn)程模型新建終止就緒阻塞執(zhí)行接納事件發(fā)生事件等待完成時(shí)間片完分派調(diào)度進(jìn)程的掛起狀

3、態(tài)對(duì)換技術(shù)的引入：進(jìn)程較多，但都在等待同一操作，將一些進(jìn)程調(diào)到外存，而調(diào)入新進(jìn)程。被調(diào)出的進(jìn)程稱為掛起進(jìn)程。可能出現(xiàn)掛起的情形：進(jìn)程全部阻塞；系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)重；操作系統(tǒng)的需要；終端用戶的請(qǐng)求；父進(jìn)程的需求；掛起進(jìn)程的特征：不能立即執(zhí)行；不同于阻塞進(jìn)程；能實(shí)施掛起的進(jìn)程包括自身、父進(jìn)程或操作系統(tǒng)；只有實(shí)施掛起操作的進(jìn)程才能激活被掛起進(jìn)程。Linux 的進(jìn)程及其狀態(tài)轉(zhuǎn)換Linux 進(jìn)程分為三類：交互進(jìn)程；批處理進(jìn)程；守護(hù)進(jìn)程。PCB：即數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)task_struct, 包含以下信息：進(jìn)程狀態(tài)；調(diào)度信息；標(biāo)識(shí)符；進(jìn)程通信相關(guān)信息；鏈接信息；時(shí)間信息；文件系統(tǒng)信息；虛擬內(nèi)存信息；處理器信息。2.3 操作系

4、統(tǒng)對(duì)進(jìn)程的控制2.3.1操作系統(tǒng)內(nèi)核核心操作。包括資源管理和支撐功能。資源管理：進(jìn)程管理；存儲(chǔ)管理；設(shè)備管理；支撐功能：中斷處理；原語(yǔ)操作（由若干機(jī)器指令構(gòu)成，能完成一定的較復(fù)雜的功能）；時(shí)鐘管理； 進(jìn)程的構(gòu)成及組織進(jìn)程由三部分構(gòu)成：程序；數(shù)據(jù)集合；進(jìn)程控制塊；2.3.3 進(jìn)程控制塊PCB進(jìn)程標(biāo)識(shí)符信息外部標(biāo)識(shí)符；內(nèi)部標(biāo)識(shí)符。2. 處理器狀態(tài)信息：這些信息放在各個(gè)寄存器中，包括：通用寄存器；指令寄存器；程序狀態(tài)字PSW；用戶堆棧指針；3. 進(jìn)程調(diào)度信息進(jìn)程狀態(tài)；進(jìn)程優(yōu)先級(jí)；進(jìn)程調(diào)度有關(guān)的其它信息（與算法有關(guān)）；事件。4. 其它信息程序和數(shù)據(jù)的地址；進(jìn)程同步和通信機(jī)制；資源清單；鏈接指針。2.3

5、.4 操作系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程的控制包括：進(jìn)程的創(chuàng)建與撤銷創(chuàng)建的過(guò)程：分配標(biāo)識(shí)符；分配空間；初始化PCB；建立鏈接；建立或擴(kuò)展其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。終止進(jìn)程的步驟有：找到PCB，讀狀態(tài)；若為執(zhí)行態(tài)，終止之，調(diào)度下一就緒進(jìn)程執(zhí)行；若有子孫進(jìn)程，終止他們；歸還該進(jìn)程的全部資源到系統(tǒng)或父進(jìn)程；將其PCB從所在隊(duì)列移出。2. 進(jìn)程的阻塞與喚醒阻塞的原因：請(qǐng)求系統(tǒng)服務(wù)；啟動(dòng)某種操作；新數(shù)據(jù)尚未到達(dá)；無(wú)事可做，需等待。可自己阻塞自己，需要由操作系統(tǒng)或阻塞它的進(jìn)程喚醒。3. 進(jìn)程的掛起與激活調(diào)用原語(yǔ)執(zhí)行。4. 進(jìn)程切換分時(shí)系統(tǒng)中，分配時(shí)間片用完，轉(zhuǎn)而執(zhí)行另外的進(jìn)程。2.3.5對(duì)進(jìn)程的控制創(chuàng)建；撤銷。Linux 的內(nèi)核機(jī)制機(jī)制

6、的引入；機(jī)制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；任務(wù)隊(duì)列：定時(shí)器隊(duì)列；即時(shí)隊(duì)列；進(jìn)程調(diào)度隊(duì)列。2.4 線程另一種并發(fā)實(shí)體進(jìn)程與線程進(jìn)程包括申請(qǐng)資源，具體執(zhí)行程序等（即調(diào)度）。將傳統(tǒng)意義的進(jìn)程分為兩部分，新的進(jìn)程作為資源申請(qǐng)與擁有的基本單位，線程作為調(diào)度的基本單位。要有專門的語(yǔ)言支持多進(jìn)程、多線程。線程與進(jìn)程的異同：調(diào)度；并發(fā)性；擁有資源；系統(tǒng)開銷。多線程并發(fā)線程從屬于進(jìn)程，一般擁有進(jìn)程的狀態(tài)，但一般不具有掛起狀態(tài)。對(duì)線程的操作：派生；阻塞；解除阻塞；結(jié)束。2.4.3 線程的類型用戶級(jí)線程即由用戶依據(jù)一定的平臺(tái)而編制的線程。2. 內(nèi)核級(jí)線程用戶無(wú)法直接對(duì)線程進(jìn)行操作。2.4.4 Linux 的進(jìn)程與線程管理該系統(tǒng)支持許

7、多標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)核級(jí)線程。2.5進(jìn)程調(diào)度即采取什么原則讓某一進(jìn)程執(zhí)行，即算法。調(diào)度的目標(biāo)、原則和方式目標(biāo)：要公平合理；處理器利用率要高；系統(tǒng)吞吐量要大；盡量減少進(jìn)程的響應(yīng)時(shí)間。原則：（1）面向用戶的原則響應(yīng)時(shí)間；周轉(zhuǎn)時(shí)間；截至?xí)r間。（2）面向系統(tǒng)的原則系統(tǒng)吞吐量；處理器利用率；各類資源的平衡使用；公平性；優(yōu)先權(quán)。方式：非剝奪方式；剝奪方式。2.5.2調(diào)度的類型長(zhǎng)程調(diào)度考慮的問(wèn)題：選擇多少作業(yè)進(jìn)入內(nèi)存；選擇哪些進(jìn)程。短程調(diào)度決定就緒隊(duì)列里哪個(gè)進(jìn)程獲得處理器的使用權(quán)。中程調(diào)度它是對(duì)換功能的一部分。進(jìn)程調(diào)度算法先來(lái)先服務(wù)（FCFS）短進(jìn)程優(yōu)先（SPN）時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法（RR）基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度算法剩余時(shí)間最

8、短者優(yōu)先（SRT）響應(yīng)比高者優(yōu)先（HRRN）(w/s+1)(w等待，s預(yù)期執(zhí)行）1.反饋調(diào)度法（FB）（根據(jù)調(diào)度的情況動(dòng)態(tài)改變進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)別）2.5.4 實(shí)時(shí)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度實(shí)時(shí)系統(tǒng)與實(shí)時(shí)任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)：能及時(shí)響應(yīng)外部請(qǐng)求，并作出反應(yīng)的系統(tǒng)。是一個(gè)相對(duì)的概念。是否周期執(zhí)行來(lái)劃分：周期任務(wù)；非周期任務(wù)。據(jù)截至?xí)r間來(lái)劃分：硬實(shí)時(shí)任務(wù)；軟實(shí)時(shí)任務(wù)。 實(shí)時(shí)調(diào)度的目標(biāo)及必要信息就緒時(shí)間；開始截至?xí)r間和完成截至?xí)r間；處理時(shí)間；資源需求；優(yōu)先級(jí)；子任務(wù)結(jié)構(gòu)。 實(shí)時(shí)調(diào)度算法最早截止時(shí)間優(yōu)先調(diào)度算法；最低松弛度優(yōu)先算法；速度單調(diào)調(diào)度算法。進(jìn)程并發(fā)控制互斥與同步并發(fā)控制包含的內(nèi)容：競(jìng)爭(zhēng)資源必須“互斥”，即不能同時(shí)

9、使用，如打印機(jī)。這類資源又稱為臨界資源，訪問(wèn)臨界資源的程序段稱為臨界區(qū)。臨界區(qū)的使用原則：每次一個(gè)；短時(shí)停留；快速響應(yīng)；不能限制進(jìn)程的執(zhí)行速度及處理器的數(shù)量；不能在臨界區(qū)阻塞等待。共享協(xié)作多個(gè)進(jìn)程共享某一些資源，包括修改，要使數(shù)據(jù)保持一致。通信協(xié)作多個(gè)進(jìn)程之間應(yīng)互通信息。互斥與同步的解決策略軟件方法互斥算法；互斥算法。硬件算法屏蔽中斷；專用機(jī)器指令信號(hào)量方法預(yù)設(shè)一個(gè)或多個(gè)中間變量，通過(guò)改變這些變量通知其它的進(jìn)程。管程一段程序，多個(gè)進(jìn)程都須使用。包括三個(gè)方面：對(duì)局部于管程的共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說(shuō)明；對(duì)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作的一組過(guò)程；對(duì)該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初始化的語(yǔ)句。消息傳遞與信號(hào)量的區(qū)別：有先后順序之分，及發(fā)送消息的進(jìn)程和接收消息的進(jìn)程。互斥同步問(wèn)題：生產(chǎn)者消費(fèi)者問(wèn)題用信號(hào)量方法解決該問(wèn)題用消息傳遞解決該問(wèn)題互斥同步問(wèn)題：讀者寫者問(wèn)題多個(gè)讀者、寫者進(jìn)程應(yīng)滿足以下條件：允許同時(shí)讀；不能同時(shí)寫，只能互斥寫；若正在寫，則不允許讀。Linux 通信實(shí)例Linux 信號(hào)量分析2.7進(jìn)程死鎖死鎖：多個(gè)進(jìn)程因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)資源，或執(zhí)行順序不當(dāng)，或相互通信而永久阻塞，如果沒(méi)有外力將永遠(yuǎn)保持這種現(xiàn)象。進(jìn)程死鎖的原因必要條件：互斥；占有且等待；非剝奪；循環(huán)等待。解決死鎖的方法預(yù)防死鎖；避免死鎖；檢測(cè)并解除死鎖。預(yù)防死鎖禁止產(chǎn)生死鎖的必要條