2.2 進(jìn)程的描述 P35 全考

• 1屑柔、進(jìn)程的定義

  • (1)、進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行
  • (2)、進(jìn)程是一個程序及其數(shù)據(jù)在處理機(jī)上順序執(zhí)行時所發(fā)生的活動
  • (3)、進(jìn)程是具有獨(dú)立功能的程序在一個數(shù)據(jù)集合上運(yùn)行的過程废岂，它是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的獨(dú)立單位
  • 總結(jié)：在引入進(jìn)程實(shí)體的概念后，可以把傳統(tǒng)OS中的進(jìn)程定義為“進(jìn)程是進(jìn)程實(shí)體的運(yùn)行過程狱意，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個獨(dú)立單位湖苞。”

• 2详囤、進(jìn)程的特征

  • (1)動態(tài)性财骨。進(jìn)程的實(shí)質(zhì)是進(jìn)程實(shí)體的執(zhí)行過程，所有動態(tài)性是進(jìn)程的基本特征纬纪。
  • (2)并發(fā)性蚓再。指多個進(jìn)程實(shí)體同存于內(nèi)存中，且能在一段時間內(nèi)同時運(yùn)行包各。
  • (3)獨(dú)立性。指進(jìn)程實(shí)體是一個能獨(dú)立運(yùn)行靶庙、獨(dú)立獲得資源和獨(dú)立接受調(diào)度的基本單位问畅。
  • (4)異步性 。指進(jìn)程是按照異步方式運(yùn)行的，即按各自獨(dú)立的护姆、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)矾端。

• 3、進(jìn)程的基本狀態(tài)及轉(zhuǎn)換

  • 1卵皂、進(jìn)程的三種基本狀態(tài)

    • (1)秩铆、就緒(Ready)狀態(tài)。指進(jìn)程已處于準(zhǔn)備好運(yùn)行的狀態(tài)灯变，指進(jìn)程已經(jīng)分配到除CPU外的所有必要資源殴玛，只要獲取到CPU便可立即執(zhí)行。
    • (2)添祸、執(zhí)行(Running)狀態(tài)滚粟。指進(jìn)程以獲取到CPU，其程序正在執(zhí)行的狀態(tài)
    • (3)刃泌、阻塞(Block)狀態(tài)凡壤。指正在執(zhí)行的進(jìn)程由于發(fā)生某些事件（如I/O請求、申請緩沖區(qū)失敗等）暫時無法繼續(xù)執(zhí)行的狀態(tài)耙替，也就是進(jìn)程的執(zhí)行收到阻塞亚侠。此時會引起進(jìn)程調(diào)度，OS把處理機(jī)分配給另一個就緒進(jìn)程俗扇，而讓受阻的進(jìn)程處于暫停的狀態(tài)硝烂，一般將這種狀態(tài)稱為阻塞狀態(tài)，有時也稱為等待狀態(tài)或封鎖狀態(tài)狐援。

    • 備注：OS將阻塞的進(jìn)程放進(jìn)一個隊(duì)列钢坦，這個隊(duì)列稱為阻塞隊(duì)列

  • 2、三種基本狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

    • 就緒狀態(tài)的進(jìn)程啥酱，獲得處理機(jī)之后便可執(zhí)行爹凹，此時轉(zhuǎn)換為執(zhí)行狀態(tài)；
    • 執(zhí)行狀態(tài)的進(jìn)程镶殷，因?yàn)榉峙涞臅r間片已完禾酱，此時轉(zhuǎn)換為就緒狀態(tài)；
    • 執(zhí)行狀態(tài)的進(jìn)程绘趋，因?yàn)榘l(fā)送某些事件導(dǎo)致執(zhí)行受阻颤陶，此時轉(zhuǎn)換為阻塞狀態(tài)；

  • 3陷遮、創(chuàng)建和終止?fàn)顟B(tài)

    • (1)創(chuàng)建狀態(tài)：進(jìn)程是由創(chuàng)建產(chǎn)生的滓走。對于創(chuàng)建狀態(tài)的進(jìn)程，當(dāng)其獲得了所需的資源以及對PCB的初始化工作完成后帽馋，便可由創(chuàng)建狀態(tài)轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)搅方。
    • (2)終止?fàn)顟B(tài)：進(jìn)程自然結(jié)束比吭，或是出現(xiàn)了無法克服的錯誤，或是被操作系統(tǒng)終結(jié)姨涡，將進(jìn)入終止?fàn)顟B(tài)衩藤。

• 4、掛起操作和進(jìn)程的狀態(tài)轉(zhuǎn)換

  • 1涛漂、什么是掛起

    • 當(dāng)操作作用于某個進(jìn)程時赏表，該進(jìn)程將被掛起，此時進(jìn)程處于靜止?fàn)顟B(tài)
    • 如果進(jìn)程正在執(zhí)行匈仗，將被暫停執(zhí)行
    • 如果進(jìn)程處于就緒狀態(tài)瓢剿，則該進(jìn)程暫不接受調(diào)度。
    • 與掛起操作相對應(yīng)的是激活操作

  • 2锚沸、掛起操作的引入

    • (1)終端用戶的需要跋选。當(dāng)終端用戶在自己的程序運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)有可疑問題，希望暫停自己的程序運(yùn)行哗蜈，使之停下來前标，以便用戶研究其直行情況或?qū)Τ绦蜻M(jìn)行修改。
    • (2)父進(jìn)程請求距潘。有時父進(jìn)程希望掛起自己的某個子進(jìn)程炼列，以便考查和修改該子進(jìn)程，或者協(xié)調(diào)各子進(jìn)程間的活動音比。
    • (3)負(fù)荷調(diào)節(jié)的需要俭尖。當(dāng)實(shí)時系統(tǒng)中的負(fù)荷較重，有可能影響到對實(shí)時任務(wù)的控制時洞翩，可由系統(tǒng)把一些不重要的進(jìn)程掛起稽犁，以保證系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。
    • (4)操作系統(tǒng)的需要骚亿。操作系統(tǒng)有時希望掛起某些進(jìn)程已亥，以便檢查運(yùn)行中的資源使用情況或進(jìn)行記賬。

  • 3来屠、引入掛起原語操作后的三個進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

    • (1)活動就緒->靜止就緒虑椎。未被掛起的就緒狀態(tài)，稱為活動就緒俱笛。被掛起的就緒狀態(tài)捆姜，稱為靜止就緒狀態(tài)，此狀態(tài)不再被調(diào)度執(zhí)行迎膜。
    • (2)活動阻塞->靜止阻塞泥技。未被掛起的阻塞狀態(tài)，稱為活動阻塞磕仅。被掛起的阻塞狀態(tài)零抬，稱為靜止阻塞镊讼。處于該狀態(tài)的進(jìn)程在其所期待的事件出現(xiàn)之后宽涌，又禁止阻塞變?yōu)殪o止就緒狀態(tài)平夜。
    • (3)靜止就緒->活動就緒。靜止就緒狀態(tài)的進(jìn)程若用激活原語激活后卸亮。則轉(zhuǎn)換為活動就緒狀態(tài)忽妒。
    • (4)靜止阻塞->活動阻塞。靜止阻塞狀態(tài)的進(jìn)程若用激活原語激活后兼贸。則轉(zhuǎn)換為活動阻塞狀態(tài)段直。

  • 4、引入掛起操作后五個進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換

    • (1)NULL->創(chuàng)建：一個新的進(jìn)程產(chǎn)生時溶诞，處于創(chuàng)建狀態(tài)鸯檬。
    • (2)創(chuàng)建->活動就緒：在當(dāng)前操作系統(tǒng)資源允許的情況下，完成對創(chuàng)建進(jìn)程的必要操作之后螺垢，進(jìn)程轉(zhuǎn)換為活動就緒狀態(tài)
    • (3)創(chuàng)建->靜止就緒：如果操作系統(tǒng)沒有給進(jìn)程分配所需的資源喧务，則進(jìn)程轉(zhuǎn)換為靜止就緒狀態(tài)，不參與調(diào)度枉圃，此時創(chuàng)建進(jìn)程操作尚未完成功茴。

    • (4)執(zhí)行->終止：進(jìn)程執(zhí)行完，或出現(xiàn)錯誤孽亲，或被系統(tǒng)和其他進(jìn)程所終結(jié)坎穿，則轉(zhuǎn)換為終止?fàn)顟B(tài)。

      
      
      image.png

• 5返劲、進(jìn)程管理中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

  • 1玲昧、操作系統(tǒng)中用于管理控制的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

    • 在計算機(jī)系統(tǒng)中，對于每個資源和每個進(jìn)程都設(shè)置了一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)篮绿，用于表征其實(shí)體孵延，稱之為資源信息表或進(jìn)程信息表。其中包含了資源或進(jìn)程的標(biāo)識搔耕、描述隙袁、狀態(tài)等信息以及一批指針。
    • OS管理這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一般分為四類：內(nèi)存表弃榨、設(shè)備表菩收、文件表、進(jìn)程表(進(jìn)程控制塊PCB)鲸睛。

  • 2娜饵、進(jìn)程控制塊PCB的作用

    • PCB的作用是使一個在多道程序環(huán)境下不能獨(dú)立運(yùn)行的程序(含數(shù)據(jù))稱為一個能夠獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，一個能與其它進(jìn)程并發(fā)執(zhí)行的進(jìn)程官辈。

    • (1)作為獨(dú)立運(yùn)行基本單位的標(biāo)志：系統(tǒng)通過PCB感知進(jìn)程的存在箱舞，PCB是進(jìn)程存在于系統(tǒng)的唯一標(biāo)志遍坟。
    • (2)能實(shí)現(xiàn)間斷性運(yùn)行方式：系統(tǒng)可將中斷進(jìn)程的CPU現(xiàn)場信息保存在PCB中，以便進(jìn)程再次被調(diào)度執(zhí)行時恢復(fù)CPU現(xiàn)場時使用晴股。
    • (3)提供進(jìn)程管理所需的信息：進(jìn)程的整個生命周期中愿伴，操作系統(tǒng)都需要根據(jù)PCB實(shí)施對進(jìn)程的控制和管理。
    • (4)提供進(jìn)程調(diào)度所需的信息：PCB存儲了進(jìn)程的狀態(tài)信息电湘、執(zhí)行時間和已執(zhí)行時間等隔节，以便調(diào)度使用。
    • (5)實(shí)現(xiàn)與其它進(jìn)程的同步與通信：PCB中具有用于同步的信號量寂呛、用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)程通信的區(qū)域或通信隊(duì)列指針等怎诫。

  • 3、進(jìn)程控制塊中的信息

    • 1贷痪、進(jìn)程標(biāo)識符：用于唯一的標(biāo)識一個進(jìn)程

      • (1)外部標(biāo)識符：為方便用戶(進(jìn)程)對進(jìn)程的訪問
      • (2)內(nèi)部標(biāo)識符：為方便系統(tǒng)對進(jìn)程的使用幻妓，通常為進(jìn)程的序號

    • 2、處理機(jī)狀態(tài)：也被稱為處理機(jī)的上下文劫拢，主要由處理機(jī)的各種寄存器中的內(nèi)容組成肉津。

      • 寄存器包括：通用寄存器、指令寄存器尚镰、程序狀態(tài)字PSW阀圾、用戶棧指針
      • 當(dāng)進(jìn)程被切換時，處理機(jī)狀態(tài)信息都必須保存在相對應(yīng)的PCB中狗唉，以便該進(jìn)程重新執(zhí)行時能再從斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行初烘。

    • 3、進(jìn)程調(diào)度信息：指進(jìn)程狀態(tài)及有關(guān)調(diào)度的信息

      • (1)進(jìn)程狀態(tài)：指明當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)分俯，作為進(jìn)程調(diào)度時和對換時的依據(jù)
      • (2)進(jìn)程優(yōu)先級：用于描述進(jìn)程使用處理機(jī)的優(yōu)先級別的一個整數(shù)肾筐，優(yōu)先級高的進(jìn)程應(yīng)優(yōu)先獲得處理機(jī)。
      • (3)進(jìn)程調(diào)度的其他信息：與所采用的的進(jìn)程調(diào)度算法有關(guān)缸剪，如進(jìn)程已等待CPU時間總和吗铐、進(jìn)程已執(zhí)行時間總和等。
      • (4)事件：指進(jìn)程由執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為阻塞狀態(tài)所等待發(fā)生的事件杏节，及阻塞原因唬渗。

    • 4、進(jìn)程控制信息：指用于進(jìn)程控制所必須的信息

      • (1)程序和數(shù)據(jù)的地址：能夠從PCB中通過地址找到程序和數(shù)據(jù)奋渔。
      • (2)進(jìn)程同步和通信機(jī)制：實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步和進(jìn)程通信時所必須的機(jī)制镊逝，如消息隊(duì)列指針、信號量等
      • (3)資源清單：列出了進(jìn)程執(zhí)行期間所需的全部資源(CPU除外)嫉鲸，以及一張已分配到資源的清單
      • (4)鏈接指針：它給出了本進(jìn)程(PCB)所在隊(duì)列的下一個進(jìn)程的PCB的首地址

  • 4撑蒜、進(jìn)程控制塊的組織方式

    • (1)線性方式

    將系統(tǒng)中所有的PCB都組織在一張線性表中，將該表的首地址存放在內(nèi)存的一個專用區(qū)域中。
    優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單座菠、開銷小
    缺點(diǎn)：每次查找都要掃描整張表狸眼，因此適合進(jìn)程數(shù)目不多的系統(tǒng)

    • (2)鏈接方式

    把具有相同狀態(tài)的PCB分別通過PCB中的鏈接字鏈接成一個隊(duì)列。
    優(yōu)點(diǎn)：可以形成就緒隊(duì)列浴滴、若干個阻塞隊(duì)列和空白隊(duì)列等拓萌。也可以把阻塞狀態(tài)進(jìn)程的PCB根據(jù)其阻塞狀態(tài)的原因不同，排成多個阻塞隊(duì)列巡莹，如等待I司志、O操作完成的隊(duì)列和等待分配內(nèi)存的隊(duì)列。

    • (3)索引方式

    系統(tǒng)根據(jù)所有進(jìn)程狀態(tài)的不同降宅，建立多張索引表。

• 2.3 進(jìn)程控制 P42 不考2.3.5 進(jìn)程的掛起與激活

  • 進(jìn)程控制主要包括：創(chuàng)建新進(jìn)程囚霸、終止已完成進(jìn)程腰根、將異常進(jìn)程轉(zhuǎn)換為阻塞狀態(tài)、負(fù)責(zé)進(jìn)程運(yùn)行中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換等功能
  • 進(jìn)程控制一般是由OS的內(nèi)核中的原語來實(shí)現(xiàn)

• 1拓型、操作系統(tǒng)內(nèi)核

  • 什么是系統(tǒng)內(nèi)核

  將一些與硬件緊密相關(guān)的模塊都安排在緊靠硬件的軟件層次中额嘿，將它們常駐內(nèi)存，通常被稱為OS內(nèi)核劣挫。
  優(yōu)點(diǎn)：1册养、便于對這些軟件進(jìn)行保護(hù)，防止遭受其他應(yīng)用程序的破壞压固；2球拦、可以提高OS的運(yùn)行效率

  • 處理機(jī)的執(zhí)行狀態(tài)分為系統(tǒng)態(tài)和用戶態(tài)兩種不同的形態(tài)：

  (1)系統(tǒng)態(tài)：也叫做管態(tài)或內(nèi)核態(tài)，具有較高的特權(quán)帐我，能執(zhí)行一切命令坎炼，訪問所有寄存器和存儲區(qū)
  (2)用戶態(tài)：也交目態(tài)，是一種具有較低特權(quán)的執(zhí)行狀態(tài)拦键，能執(zhí)行規(guī)定的指令谣光，訪問規(guī)定的存儲區(qū)和寄存器

  • 通常操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行在系統(tǒng)態(tài)，用戶程序運(yùn)行在用戶態(tài)

  • 主要功能：

    • 1芬为、支撐功能

    中斷處理
    時鐘管理
    原語操作

    • 2萄金、資源管理功能

    進(jìn)程管理
    存儲器管理
    設(shè)備管理

• 2、進(jìn)程的創(chuàng)建

  • 創(chuàng)建進(jìn)程是通過創(chuàng)建原語完成的媚朦，被創(chuàng)建的進(jìn)程稱為子進(jìn)程氧敢，創(chuàng)建子進(jìn)程的進(jìn)程稱之為父進(jìn)程。
  • 子進(jìn)程可以創(chuàng)建自己的子進(jìn)程莲镣，從而形成一課有向的進(jìn)程樹福稳，即進(jìn)程圖。
  • 進(jìn)程創(chuàng)建原語的主要任務(wù)是創(chuàng)建進(jìn)程控制塊PCB瑞侮；步驟為先從PCB集合中申請一個空閑的PCB的圆，再為新進(jìn)程分配內(nèi)存等資源鼓拧，并根據(jù)父進(jìn)程提供的參數(shù)和分配到的資源情況來對PCB進(jìn)行初始化，最后將新進(jìn)程插入就緒隊(duì)列越妈。

• 3季俩、進(jìn)程的終止

  • 進(jìn)程終止的實(shí)質(zhì)是收回PCB
  • 當(dāng)進(jìn)程完成任務(wù)或遇到異常情況和外界干預(yù)需要結(jié)束時，應(yīng)通過進(jìn)程終止原語來終止進(jìn)程梅掠。

• 4酌住、進(jìn)程的阻塞與喚醒

  • 當(dāng)正在執(zhí)行的進(jìn)程需要等待某種事件的完成或本身無任務(wù)時，應(yīng)調(diào)用阻塞原語將自己從執(zhí)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換為阻塞狀態(tài)阎抒。
  • 當(dāng)阻塞進(jìn)程所等待的事件完成時酪我，應(yīng)調(diào)用喚醒原語將該進(jìn)程的狀態(tài)從阻塞狀態(tài)轉(zhuǎn)換成就緒狀態(tài)。

• 2.4 進(jìn)程同步 P47 不考2.4.5管程機(jī)制

  • 進(jìn)程同步是指對多個相關(guān)進(jìn)程在執(zhí)行次序上進(jìn)行協(xié)調(diào)且叁，目的是使系統(tǒng)中的進(jìn)程之間能夠按照一定的規(guī)則(或時序)都哭，共享資源和相互合作，從而使程序的執(zhí)行具有可再現(xiàn)性逞带。
  • 用來實(shí)現(xiàn)同步的機(jī)制稱為同步機(jī)制

• 1欺矫、進(jìn)程同步的基本概念

  • (1)兩種形式的制約關(guān)系

    • 1、間接相互制約展氓。這種制約主要源于資源共享穆趴。
    • 2、直接相互制約遇汞。這種制約主要源于進(jìn)程合作未妹。

  • (2)臨界資源和臨界區(qū)

    • 臨界資源：一次只能被一個進(jìn)程使用的資源稱為臨界資源
    • 臨界區(qū)：每個進(jìn)程中，訪問臨界資源的那段代碼稱為臨界區(qū)
    • 進(jìn)入?yún)^(qū)：臨界區(qū)前用來檢查臨界資源是否被占用的代碼稱為進(jìn)入?yún)^(qū)
    • 退出區(qū)：臨界區(qū)后用來標(biāo)志未被訪問的代碼稱為退出區(qū)

  • (3)同步機(jī)制應(yīng)遵循的規(guī)則

    • 1勺疼、空閑讓步：臨界資源空閑時教寂，應(yīng)允許一個請求資源的進(jìn)程立即進(jìn)入自己的臨界區(qū)，以便有效利用資源
    • 2执庐、忙則等待：臨界資源被占用時酪耕，其他請求資源的進(jìn)程必須等待，以保證臨界資源的互斥使用
    • 3轨淌、有限等待：任何要求訪問臨界資源的進(jìn)程應(yīng)能在有限的時間進(jìn)入自己的臨界區(qū)迂烁，以免“死等”
    • 4、讓權(quán)等待：不能進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程應(yīng)立即釋放CPU递鹉，以免“忙等”

• 2盟步、硬件同步機(jī)制

  • 關(guān)中斷：是實(shí)現(xiàn)互斥最簡單的方法之一
  • Test-and-Set指令：使用指令TS（硬件指令-“測試并建立”）來實(shí)現(xiàn)互斥
  • Swap：也稱為對換指令

• 3、信號量機(jī)制

  • 1躏结、整型信號量

    • 一個整型信號量通常對應(yīng)一類臨界資源
    • 是一個非負(fù)的共享整數(shù)却盘，用來表示該類資源的數(shù)目
    • 除了初始化外，只能通過兩個標(biāo)準(zhǔn)的原子操作wait（也稱作 P）和signal（也稱作 V）來訪問

    • 整型變量不遵循“讓權(quán)等待”的規(guī)則

      
      
      image.png

  • 2、記錄型信號量

    • 除了一個表示資源的數(shù)目的整型變量value外黄橘，還增加了一個進(jìn)程鏈表指針list兆览，用于鏈接等待該資源的進(jìn)程

    • 記錄型信號量遵循“讓權(quán)等待”的規(guī)則

      
      
      image.png

• 4、信號量的應(yīng)用

  • 1塞关、利用信號量實(shí)現(xiàn)前驅(qū)關(guān)系：信號量可以用來描述程序或語句之間的前驅(qū)關(guān)系

  • 2抬探、利用信號量實(shí)現(xiàn)互斥：為資源設(shè)置互斥信號量mutex

    
    
    image.png

• 2.5 經(jīng)典進(jìn)程的同步問題 P60

不考利用管程解決同步問題
不考使用AND型信號量解決同步問題

• 1、生產(chǎn)者-消費(fèi)者問題

  • 描述了一組生產(chǎn)者與一組消費(fèi)者帆赢，共享一個有界緩沖池小压，生產(chǎn)者向池中投入產(chǎn)品，消費(fèi)者從池中取得產(chǎn)品椰于。

    
    
    image.png

• 2怠益、哲學(xué)家進(jìn)餐問題

  image.png

• 3、讀者-寫者問題

  • 允許多讀廉羔，但不允許多寫溉痢，如文件

    
    
    image.png
    
    
    image.png

2.6 進(jìn)程通信 P67 不考2.6.3 直接傳遞消息系統(tǒng)實(shí)例

• 1、進(jìn)程通信的類型

  • (1)共享存儲器系統(tǒng)：進(jìn)程之間通過對共享存儲區(qū)的讀寫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換憋他。
  • (2)管道通信：指連接兩個進(jìn)程的一個共享文件。只有在確定了對方存在時才能進(jìn)行通信髓削。
  • (3)消息傳遞系統(tǒng)：進(jìn)程間的數(shù)據(jù)交互以格式化的消息（網(wǎng)絡(luò)中稱為報文）為單位竹挡。
    • 直接通信：源進(jìn)程直接將消息發(fā)送給目標(biāo)進(jìn)程
    • 間接通信：進(jìn)程間需要通過中間實(shí)體進(jìn)行通信，既能實(shí)現(xiàn)實(shí)時通信也能實(shí)現(xiàn)非實(shí)時通信
  • (4)客戶機(jī)-服務(wù)器系統(tǒng)：廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的各種應(yīng)用領(lǐng)域立膛，實(shí)現(xiàn)方式主要有套接字揪罕、遠(yuǎn)程過程調(diào)用、遠(yuǎn)程方法調(diào)用
    • 套接字：
      • 基于文件類型的套接字關(guān)聯(lián)到一個特殊文件宝泵，同一臺計算機(jī)上的通信方式好啰，通過這個特殊文件的讀寫來實(shí)現(xiàn)彼此之間的通信。實(shí)現(xiàn)原理類似于管道儿奶。
      • 基于網(wǎng)絡(luò)類型的套接字就是一個通信標(biāo)識類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)框往，是進(jìn)程通信和網(wǎng)絡(luò)通信的基本結(jié)構(gòu)。
    • 遠(yuǎn)程過程調(diào)用和遠(yuǎn)程方法調(diào)用
      遠(yuǎn)程過程（函數(shù)）調(diào)用RPC是一個通信協(xié)議闯捎，用于通過網(wǎng)絡(luò)連接的系統(tǒng)椰弊。
      該協(xié)議允許運(yùn)行于一臺主機(jī)上的進(jìn)程進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)用另一臺主機(jī)系統(tǒng)上的過程，就如同調(diào)用本地過程一樣瓤鼻。如果設(shè)計軟件采用面向?qū)ο缶幊瘫妫敲催h(yuǎn)程過程調(diào)用亦可稱之為遠(yuǎn)程方法調(diào)用。

• 2茬祷、消息傳遞通信的實(shí)現(xiàn)方式

  • 直接消息傳遞系統(tǒng)

    • 1清焕、直接通信原語：對稱尋址方式和非對稱尋址方式
    • 2、消息的格式：采用可變長的消息格式
    • 3、進(jìn)程間的同步方式
    • 4秸妥、通信鏈路

  • 信箱通信

    • 1滚停、信箱的結(jié)構(gòu)：信箱頭、信箱體
    • 2筛峭、信箱通信原語：郵件的創(chuàng)建和撤銷铐刘、消息的發(fā)送和接收
    • 3、信箱的類型：私有郵箱影晓、公共郵箱镰吵、共享郵箱

2.7 線程(Threads)的基本概念 P75 全考*

• 1、線程的引入

  • 目的是為了減少程序并發(fā)執(zhí)行時所付出的時空開銷挂签。從而使OS具有更好的并發(fā)性疤祭。
  • 在多線程OS中，將擁有資源的基本單位與調(diào)度和分派的基本單位分開處理饵婆，此時一個進(jìn)程包含一個或多個相對獨(dú)立的線程勺馆，進(jìn)程只是擁有資源的基本單位，而不再是一個可執(zhí)行的實(shí)體侨核；每個線程都是一個可執(zhí)行的實(shí)體草穆，即CPU調(diào)度和分派的基本單位是線程。

  • 線程的優(yōu)點(diǎn)

  由于線程基本不擁有資源搓译，因此悲柱，創(chuàng)建線程時不需要另行分配資源、終止時也不需要進(jìn)行資源回收些己，而切換時大大減少了需要保存和恢復(fù)的現(xiàn)場信息豌鸡，因此，線程的創(chuàng)建段标、終止和切換都比進(jìn)程迅速涯冠，且開銷小。
  由于同一個進(jìn)程內(nèi)的各個線程可以共享該進(jìn)程所占用的內(nèi)存空間和打開的文件逼庞，因此蛇更，進(jìn)程間的通信也非常簡單和迅速。

  • 線程的創(chuàng)建

  在多線程OS環(huán)境下往堡，應(yīng)用程序啟動時械荷，OS將為它創(chuàng)建一個進(jìn)程，同時為該進(jìn)程創(chuàng)建第一個線程虑灰。在線程運(yùn)行的過程中吨瞎，可以線程可以根據(jù)需要利用線程創(chuàng)建函數(shù)（或系統(tǒng)調(diào)用）再去創(chuàng)建若干個線程。所以線程是由線程創(chuàng)建的穆咐，但線程間不提供父子關(guān)系的支持颤诀。

• 2字旭、線程與進(jìn)程的比較

  • 1、調(diào)度的基本單位

    • 傳統(tǒng)OS中崖叫，進(jìn)程是作為獨(dú)立調(diào)度和分派的基本單位遗淳，因?yàn)檫M(jìn)程是獨(dú)立運(yùn)行的基本單位；每次調(diào)度時心傀，都需要進(jìn)行上下文切換屈暗，開銷較大
    • 引入線程OS中，線程是作為調(diào)度和分派的基本單位脂男，因?yàn)檫M(jìn)程是獨(dú)立運(yùn)行的基本單位养叛；線程切換時，僅需要保存和設(shè)置少量寄存器內(nèi)容宰翅，切換代價遠(yuǎn)低于進(jìn)程弃甥。
    • 同一個進(jìn)程中，線程的切換不會引起進(jìn)程的切換汁讼。但從一個進(jìn)程中的線程切換到另一個進(jìn)程中的線程時淆攻，必然引起進(jìn)程的切換。

  • 2嘿架、并發(fā)性

    • 在引入線程的OS中瓶珊，不僅進(jìn)程之間可以并發(fā)地執(zhí)行，而且在一個進(jìn)程中的多個線程之間也可以并發(fā)執(zhí)行耸彪，甚至運(yùn)行一個進(jìn)程中的所有線程都能并發(fā)執(zhí)行艰毒。
    • 不同進(jìn)程中的線程也能并發(fā)地執(zhí)行。這使得OS具有更好的并發(fā)性搜囱，從而能更加有效的提高系統(tǒng)資源的利用率和系統(tǒng)的吞吐量。

  • 3柑土、擁有資源

    • 進(jìn)程可以擁有資源蜀肘，并作為系統(tǒng)中擁有資源的一個基本單位。
    • 線程本身并不擁有資源稽屏，而是僅有一點(diǎn)必不可少的扮宠、能夠保證獨(dú)立運(yùn)行的資源。比如每個線程都應(yīng)具有一個用于控制線程運(yùn)行的線程控制塊TCB狐榔、用于指示被執(zhí)行序列的程序計數(shù)器坛增、保留局部變量、少數(shù)狀態(tài)參數(shù)和返回地址等的一組寄存器和堆棧薄腻。
    • 線程除了擁有自己的少量資源外收捣，還允許多個線程共享該進(jìn)程的所擁有的資源，
      • 1庵楷、屬于同一進(jìn)程的所有線程都具有相同的地址空間罢艾，這意味著線程可以訪問該地址空間中的每一個虛地址
      • 2楣颠、可以訪問進(jìn)程所擁有的資源，如已打開的文件咐蚯、定時器童漩、信號量機(jī)構(gòu)等的內(nèi)存空間和它所申請到的I/O設(shè)備等

  • 4、獨(dú)立性

    • 同一個進(jìn)程內(nèi)的不同線程之間的獨(dú)立性要比不同進(jìn)程之間的獨(dú)立性低得多春锋。
    • 每個進(jìn)程都擁有一個獨(dú)立的空間地址和其他資源矫膨，除了共享全局變量外，不允許其他的進(jìn)程訪問期奔。
    • 同一個進(jìn)程內(nèi)的不同線程侧馅，往往是為了提高并發(fā)性以及相互之間的合作而創(chuàng)建的，他們共享進(jìn)程的內(nèi)存地址空間和資源能庆，如每個線程都可以訪問它們所屬進(jìn)程地址空間的所有地址施禾，如一個線程的堆棧可以被其他線程讀寫搁胆，甚至完全清除弥搞。有一個線程打開的文件可以供其他線程讀寫。

  • 5渠旁、系統(tǒng)開銷

    • 在創(chuàng)建和撤銷進(jìn)程時攀例，系統(tǒng)都要為之分配和回收進(jìn)程控制塊、分配或回收其它資源顾腊，如內(nèi)存空間和I/O設(shè)備等粤铭。OS為此所付出的開銷，明細(xì)大于線程創(chuàng)建或撤銷時所付出的開銷杂靶。
    • 進(jìn)程切換時涉及到進(jìn)程上下文的切換梆惯，而線程的切換代價遠(yuǎn)低于進(jìn)程的
    • 線程間的同步和通信比進(jìn)程簡單
    • 在一些OS中，線程的切換吗垮、同步和通信都無需操作系統(tǒng)內(nèi)核的干預(yù)

  • 6垛吗、支持多處理機(jī)系統(tǒng)

    • 在多處理機(jī)系統(tǒng)中，對于傳統(tǒng)的進(jìn)程烁登，即單線程進(jìn)行怯屉，不管有多少處理機(jī)，該進(jìn)程只能運(yùn)行在一個處理機(jī)上饵沧。但是對于多線程進(jìn)程锨络，就可以將一個進(jìn)程的多個線程分配到多個處理機(jī)上，使他們并行執(zhí)行狼牺，這無疑將加速進(jìn)程的完成羡儿。
    • 現(xiàn)代處理機(jī)OS中，都無一例外地引入了多線程

• 3锁右、線程的狀態(tài)與線程控制塊

  • 每個線程被創(chuàng)建后失受，便可與其它線程一起并發(fā)地運(yùn)行讶泰。并發(fā)運(yùn)行的線程之間也存在著共享資源和相互合作的制約關(guān)系，致使線性在執(zhí)行時也有間斷性拂到。即線程的運(yùn)行也具有：執(zhí)行痪署、就緒阻塞三種基本狀態(tài)。
  • 線程完成工作后兄旬，便可正常終止狼犯；也會因?yàn)槠渌虮粡?qiáng)行終止。但是有些進(jìn)程（主要是系統(tǒng)進(jìn)程）领铐，一旦被建立起來之后悯森，便會一直運(yùn)行下去而不終止。

  • (1)內(nèi)核支持線程

    • 在核心空間實(shí)現(xiàn)
    • 內(nèi)核為每個線程在核心空間中設(shè)置了一個線程控制塊绪撵，用來登記該線程的線程標(biāo)識符瓢姻、寄存器值、狀態(tài)音诈、優(yōu)先級等信息幻碱。
    • 所有對線程的操作，都通過系統(tǒng)功能調(diào)用细溅，有內(nèi)核中響應(yīng)的處理程序完成褥傍。
    • 優(yōu)點(diǎn)：
      1、內(nèi)核可以把同一個進(jìn)程中的多個線程調(diào)度到多個處理器中喇聊；
      2恍风、進(jìn)程中的一個線程被阻塞，內(nèi)核可以調(diào)用同一個進(jìn)程中的另一個線程誓篱；
      3朋贬、內(nèi)核本身也可以使用多線程的方式來實(shí)現(xiàn)
    • 缺點(diǎn)：
      1、即使CPU在同一個進(jìn)程內(nèi)的多個線程之間切換窜骄，也需要陷入內(nèi)核兄世，因此速度和效率不如用戶級線程

  • (2)用戶級線程

    • 僅存在于用戶空間中，與內(nèi)核無關(guān)
    • 對線程的操作在用戶空間中有線程庫中的函數(shù)（過程）完成
    • 優(yōu)點(diǎn)：
      1啊研、不需要內(nèi)核的支持；
      2鸥拧、切換開銷小党远、速度非常快富弦；
      3沟娱、線程庫提供多種調(diào)度算法給應(yīng)用程序選擇使用。
    • 缺點(diǎn)：
      1腕柜、當(dāng)一個線程因?yàn)閳?zhí)行系統(tǒng)調(diào)用而阻塞時济似，將導(dǎo)致對應(yīng)進(jìn)程中的所有進(jìn)程阻塞矫废；
      2、無法享用多處理機(jī)系統(tǒng)中多個處理器帶來的好處砰蠢。

  • (3)組合方式

    • 通過時分多路復(fù)用技術(shù)蓖扑，用戶級線程可以連接到一些內(nèi)核支持線程上。
    • 可以根據(jù)需要靈活的決定台舱，需要多少個內(nèi)核支持線程與自己的用戶級線程多路復(fù)用律杠，以達(dá)到滿意的效果