并行與并發(fā)

并行性是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一個(gè)時(shí)刻發(fā)生矾麻；而并發(fā)是指兩個(gè)或多個(gè)事件在同一時(shí)間間隔內(nèi)發(fā)生。

進(jìn)程是什么

通常的程序是靜態(tài)實(shí)體，在多道程序系統(tǒng)中，他們是不能獨(dú)立運(yùn)行的澎媒，更不能和其他程序并發(fā)執(zhí)行突委。在操作系統(tǒng)中引用進(jìn)程的目的，就是為了使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行桥滨。為使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行喻括，系統(tǒng)必須分別為每個(gè)程序建立進(jìn)程唤崭。進(jìn)程是指在系統(tǒng)中能獨(dú)立運(yùn)行并作為資源分配的基本單位，它由一組機(jī)器指令微姊、數(shù)據(jù)和堆棧等組成的噪舀，是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行的活動(dòng)實(shí)體昆稿，多進(jìn)程直接可并發(fā)執(zhí)行和交換信息。在為引入進(jìn)程的系統(tǒng)中，在屬于同一個(gè)應(yīng)用程序的計(jì)算程序和I/O程序之間只能順序執(zhí)行，即計(jì)算程序執(zhí)行完成后犹芹，才允許I/O程序執(zhí)行屿笼；反之曙咽，執(zhí)行I/O操作時(shí)鱼蝉，計(jì)算程序也不能執(zhí)行洁奈。但為計(jì)算程序和I/O程序分別建立一個(gè)進(jìn)程后印叁，這兩個(gè)進(jìn)程便可并發(fā)執(zhí)行。

進(jìn)程創(chuàng)建

系統(tǒng)在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)玛追，必須為它分配其所需的、除了處理器以外的所有資源找颓，如內(nèi)存空間彪蓬、I/O設(shè)備酷誓，以及建立相應(yīng)的系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——進(jìn)程控制塊PCB（Process Control Block）

進(jìn)程撤銷

系統(tǒng)在撤銷進(jìn)程時(shí)帚屉，又必須先對(duì)其所占有的資源執(zhí)行回收操作，然后撤銷PCB掰伸。

進(jìn)程切換

對(duì)進(jìn)程進(jìn)行切換時(shí)，由于要保留當(dāng)前進(jìn)程的CPU環(huán)境和設(shè)置新選中進(jìn)程的CPU環(huán)境，因而花不少的處理器時(shí)間

線程是什么

長期以來懊蒸，進(jìn)程都是操作系統(tǒng)中可以擁有資源并作為獨(dú)立運(yùn)行的基本單位抡笼，為的是使多個(gè)程序能并發(fā)執(zhí)行藏古，以提高資源利用率和系統(tǒng)吞吐量队丝。由于進(jìn)程是一個(gè)資源的擁有者胧弛，因而在創(chuàng)建码党、撤銷和切換中憾股，系統(tǒng)必須為之付出較大的時(shí)空開銷。也正因如此霸株，在系統(tǒng)中所設(shè)置的進(jìn)程，其數(shù)目不宜過多梢睛，進(jìn)程切換的頻率也不宜過高功咒，這也就限制了并發(fā)的進(jìn)一步提高澡屡。若能將進(jìn)程的兩個(gè)屬性（擁有資源的獨(dú)立單位踏兜、獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位）分開上忍，由系統(tǒng)進(jìn)行分開處理巾腕，即對(duì)于作為調(diào)度和分派的基本單位冀泻，不同時(shí)擁有資源單位您没，以做到“輕裝上陣”镣丑；而對(duì)于擁有資源的基本單位旱物，又不對(duì)之進(jìn)行頻繁的切換。那么堪藐，在操作系統(tǒng)再引入線程，則使為了減少程序在并發(fā)執(zhí)行時(shí)所付出的時(shí)空開銷舞吭，線程作為獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位，進(jìn)程作為擁有系統(tǒng)資源的的基本單位九串，使OS具有更好的并發(fā)性扑馁。線程也更適合多處理器環(huán)境下的調(diào)度乱投、分派和切換层宫。

線程屬性

• 輕型實(shí)體÷屯玻基本不上不擁有系統(tǒng)資源物喷，除了保證獨(dú)立運(yùn)行的資源（線程控制塊TCP，用于指示被執(zhí)行指令序列的程序計(jì)數(shù)器，保留局部變量、少數(shù)狀態(tài)參數(shù)和返回地址等的一致寄存器和堆棧）
• 獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位
• 可并發(fā)執(zhí)行
• 共享進(jìn)程資源

線程的狀態(tài)

1. 狀態(tài)參數(shù)集索。在OS中的每一個(gè)線程都可以利用線程標(biāo)識(shí)符和一組狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行描述中剩。狀態(tài)參數(shù)通常有這樣幾項(xiàng)：寄存器狀態(tài)，它包括程序計(jì)數(shù)器PC和堆棧指針中的內(nèi)容抒寂；堆棧履澳，在堆棧中通常保存有局部變量和返回地址；線程運(yùn)行狀態(tài)透揣，用于描述線程處于何種狀態(tài)俺抽；優(yōu)先級(jí)，描述線程執(zhí)行的優(yōu)先程度沸伏；線程專有存儲(chǔ)器糕珊，用于保存線程自己的局部變量拷貝；信號(hào)屏蔽毅糟，即對(duì)某些信號(hào)加以屏蔽红选。
2. 線程運(yùn)行狀態(tài)。執(zhí)行狀態(tài)姆另，標(biāo)識(shí)線程正獲得處理器而運(yùn)行喇肋；就緒狀態(tài)，指線程已具備了各種執(zhí)行條件迹辐，一旦獲得CPU便可執(zhí)行的狀態(tài)蝶防；阻塞狀態(tài)，指線程在執(zhí)行中因某事件而受阻明吩，處于暫停執(zhí)行時(shí)的狀態(tài)间学。

線程的創(chuàng)建和終止

多線程OS環(huán)境下，應(yīng)用程序在啟動(dòng)時(shí)，通常僅有一個(gè)線程在執(zhí)行低葫，該線程被稱為“初始化線程”详羡。它可以根據(jù)需要再去創(chuàng)建若干個(gè)線程。在創(chuàng)建新線程時(shí)嘿悬，需要利用一個(gè)線程創(chuàng)建函數(shù)/系統(tǒng)調(diào)用实柠，并提供相應(yīng)的參數(shù)，如指向線程主程序的入口指針善涨、堆棧的大小窒盐，以及用于調(diào)度優(yōu)先級(jí)等。創(chuàng)建完成后返回線程標(biāo)識(shí)符供后續(xù)使用躯概。線程終止的方式有兩種：一種是在線程完成了自己的工作后自愿退出登钥；另一種是線程在運(yùn)行種出現(xiàn)錯(cuò)誤或由某種原因而被其他線程強(qiáng)行終止。

操作系統(tǒng)的發(fā)展過程

無操作系統(tǒng)技術(shù)系統(tǒng)

1.人工操作方式（紙帶/卡片——>輸入機(jī)——>計(jì)算機(jī)——>打印結(jié)果）
即由程序員將事先已穿孔（對(duì)應(yīng)程序和數(shù)據(jù)）的紙帶/卡片裝入紙帶/卡片輸入機(jī)娶靡，再啟動(dòng)他們將程序和數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)牧牢，然后啟動(dòng)計(jì)算機(jī)運(yùn)行，當(dāng)程序運(yùn)行完畢取走計(jì)算結(jié)果之后姿锭，才讓下一個(gè)用戶上機(jī)塔鳍。缺點(diǎn)，1呻此、用戶獨(dú)占全機(jī) 2轮纫、CPU等待人工操作
2.脫機(jī)輸入/輸出方式（紙帶/卡片機(jī)——>外圍機(jī)——>磁帶——>計(jì)算機(jī)——>磁帶——>外圍機(jī)——>打印機(jī)）
隨著CPU速度的迅速提高和系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，人機(jī)矛盾變得日趨嚴(yán)重焚鲜。此外I/O設(shè)備速度卻提高緩慢掌唾，為了解決人機(jī)矛盾及CPU和I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾，引入了脫機(jī)輸入/輸出技術(shù)忿磅。該技術(shù)是先將裝有用戶程序和數(shù)據(jù)的紙帶/卡片裝入紙帶/卡片輸入機(jī)糯彬，在一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，把紙帶/卡片上的數(shù)據(jù)（程序）輸入到磁帶上葱她。當(dāng)CPU需要這些程序和數(shù)據(jù)時(shí)撩扒，再從磁帶上將其高速的調(diào)入內(nèi)存。當(dāng)CPU要輸出時(shí)吨些，CPU可以直接高速的把數(shù)據(jù)從內(nèi)存送到磁帶上搓谆，然后再由另一臺(tái)外圍機(jī)的控制下，將磁帶上的結(jié)果通過相應(yīng)的輸出設(shè)備輸出豪墅。優(yōu)點(diǎn)泉手，1、減少了CPU的空閑時(shí)間 2偶器、提高了I/O速度

已穿孔紙帶

操作輸入輸出

單道批處理系統(tǒng)

為了充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)螃诅，應(yīng)該盡量讓該系統(tǒng)運(yùn)行啡氢，以減少空閑時(shí)間。為此术裸，通常是把一批作業(yè)以脫機(jī)的方式輸入的磁帶/盤上，并在系統(tǒng)中配上監(jiān)控程序亭枷，在它的控制下一個(gè)接一個(gè)的連續(xù)處理袭艺。

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多道批處理系統(tǒng)

為了進(jìn)一步提高資源的利用率和系統(tǒng)吞吐量瘪撇，引用了多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)，由此而形成多道批處理系統(tǒng)港庄。在該系統(tǒng)中倔既，用戶所提交的作業(yè)都先存放在外存上并排成一個(gè)隊(duì)列；然后鹏氧，由作業(yè)調(diào)度程序按一定的算法從隊(duì)列中選擇若干作業(yè)調(diào)入內(nèi)存渤涌，使他們共享CPU和系統(tǒng)中各種資源，帶來的好處是 1把还、提高CPU利用率 2实蓬、提高內(nèi)存利用率和I/O設(shè)備利用率 3、增加系統(tǒng)吞吐量（保持CUP吊履、I/O設(shè)備不斷忙碌）

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優(yōu)缺點(diǎn)
1安皱、提高資源利用率 2、系統(tǒng)吞吐量大 3率翅、平均周轉(zhuǎn)時(shí)間長 4练俐、無交互能力（作業(yè)一旦開始，無法進(jìn)行人工干預(yù)）
多道批處理系統(tǒng)需要解決的問題
1冕臭、處理器管理問題（如何給多道程序分配及回收處理器）
2腺晾、內(nèi)存管理
3、I/O設(shè)備管理
4辜贵、文件管理（如何組織及管理以文件形式存在的程序和數(shù)據(jù)）
5悯蝉、作業(yè)管理

分時(shí)系統(tǒng)（時(shí)間片）

為了提高計(jì)算機(jī)的利用率，將一臺(tái)計(jì)算機(jī)提供給多個(gè)用戶同時(shí)使用托慨。用戶需求鼻由，1、人機(jī)交互 2、共享主機(jī) 3蕉世、便于用戶上機(jī)
unix蔼紧、Linux（多用戶多任務(wù)分時(shí)系統(tǒng)）
特征
1、多路性狠轻，允許在一臺(tái)主機(jī)上同時(shí)聯(lián)結(jié)多個(gè)終端奸例，系統(tǒng)按分時(shí)原則為每個(gè)用戶服務(wù)。宏觀上向楼，是多個(gè)用戶同時(shí)工作查吊，共享系統(tǒng)資源；圍觀上湖蜕，則是每個(gè)用戶的作業(yè)輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片逻卖。多路性即同時(shí)性，它提高了資源的利用率
2昭抒、獨(dú)立性评也，每個(gè)用戶各占一個(gè)終端，彼此獨(dú)立操作
3戈鲁、及時(shí)性仇参，用戶的請(qǐng)求能在很短的時(shí)間內(nèi)獲得響應(yīng)
4、交互性

實(shí)時(shí)系統(tǒng)

指系統(tǒng)能及時(shí)（或即時(shí)）響應(yīng)外部事件的請(qǐng)求婆殿，在規(guī)定事件內(nèi)完成的該事件的處理诈乒，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致地運(yùn)行。應(yīng)用需求婆芦，1怕磨、實(shí)時(shí)控制（火炮自動(dòng)控制系統(tǒng)、飛機(jī)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)消约、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)等）肠鲫，包含實(shí)時(shí)控制的芯片的各種嵌入式設(shè)備和儀器。 2或粮、實(shí)時(shí)信息處理（早期飛機(jī)或火車票系統(tǒng)）
特征
除了包含分時(shí)系統(tǒng)的特征外還有可靠性