进程基础认知
进程的认识
程序的定义
程序：一个指令序列
早期支支持单道程序
内存的情况
多道程序技术
内存的情况
pcb1就是系统为每个运行的程序配置一个数据结构，称为进程控制块（pcb），用来描述程序的各种信息（如程序代码存放的位置
PCB、程序段、数据段三部分构成了进程实体（进程）（进程影响
进程的定义
进程实体简称为进程
创建一个进程、实际上是创建PCB
撤销进程、就是撤销进程实体中的PCB
PCB是进程存在的唯一标志
进程的定义
程序的一次执行过程
一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动
具有独立功能的程序在数据集合上运行的过程，他是系统资源分配和调度的一个独立单位
也可以说
进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位
进程实体和进程不一样
进程实体是静态的、进程是动态的
一般认为
进程实体就是进程
进程的组成
进程的管理者（操作系统）所需的数据都在PCB中
程序段、数据段是程序运行所需的数据、程序本身的运行所需的数据在程序段、数据段中
PCB是进程存在的唯一标志
进程的组织
进程的组成是一个进程内部
进程的组织是多个进程之间的组织方式
链接方式
执行指针：指当前处于运行态（执行态）的进程
就绪队列指针：指向当前处于就绪态的进程、通常会把优先级高的进程放在队头
阻塞队列指针：指向当前处于阻塞态的进程，很多操作系统还会根据阻塞原因的不同、再分为多个阻塞队列
索引方式
和链接的区别是
都有执行指针
就绪表指针、阻塞表指针
进程的特征
进程是资源分配、接受调度的基本单位
异步性会导致并发程序执行结果的不确定性
进程的状态与转换
进程的状态
进程就是程序的一次执行
为了方便对各个进程的管理，操作系统需要将进程合理的划分为几种状态
对运行态来说
根据核数来确定几个运行态
对于就绪来说
进程已经有除了处理机之外所有需要的资源，一旦获取处理机。即可立刻进行运行状态开始运行
对于阻塞态来说
等待操作系统分配打印机、等待读磁盘操作的结果。CPU是计算机中最昂贵的部件,为了提高CPU的利用率,需要先将其他进程需要的资源分配到位,才能得到CPU的服务
操作系统需要完成创建进程。操作系统为该进程分配所需内存空间等系统资源，并为其创建、初始化PCB
进程开始运行前，需要进行相应的处理
还有进程运行结束（由于bug导致的）需要撤销进程
撤销进程的完成需要操作系统撤销进程相关的工作，完成将分配给进程的资源回收，撤销进程PCB等工作
进程状态转换
不能由阻塞态直接转换为运行态，也不能从就绪态转化为阻塞态（因为进入阻塞态是进程主动请求的，必然需要进程在运行时才能发出这种请求
然后最后就是终止态
进程控制
什么是进程
进程控制的主要功能是对系统中的所有进程实施有效的管理措施，它具有创建新进程、撤销已有进程、实现进程转换等功能
进程控制简单理解就是实现进程状态转换
如何实现进程控制
创建进程：分配初始化PCB、分配系统资源
创建后会变成就绪态PCB内容和对应队列
就绪态道运行态需要恢复进程运行环境、修改PCB内容和相应队列
运行态到阻塞态需要保存进程运行环境、修改PCB内容和相应队列
阻塞态变就绪态需要修改PCB内容和对应队列。如果等待得是资源，则还会为进程分配系统资源
运行态到终止态需要回收进程拥有得资源、撤销PCB
运行态到就绪态需要（进程切换）保存进程运行环境、修改PCB内容和相应队列
原语
实现进程控制，特点是执行期间不允许中断，只能一气呵成
不可中断得操作叫原子操作
原语采用关中断指令和开中断指令实现，只允许在核心态下执行得特权命令
相关原语
进程控制会导致进程状态得转换
1.更新PCB中的信息(如修改进程状态标志、将运行环境保存到PCB、从PCB恢复运行环境)
a.所有的进程控制原语一定都会修改进程状态标志
b.剥夺当前运行进程的CPU使用权必然需要保存其运行环境
c.某进程开始运行前必然要恢复期运行环境
2.将PCB插入合适的队列
3.分配/回收资源
撤销原语:
就绪态/阻塞态/运行态---终止态---无
阻塞原语：
运行态---阻塞态
唤醒原语：
阻塞态--就绪态
阻塞原语唤醒原语需要成对使用
切换原语：运行态---阻塞态/就绪态
就绪态---运行态
进程通信
什么是进程通信
就是进程之间进行信息交换
进程是分配系统资源得单位（包括内存地址空间），因此各个进程拥有得内存地址空间相互独立
为了保证安全，进程之间不能直接访问
但可以信息交换在进程之间，为保证进程间得安全通信，操作系统提供了一些方法
共享存储
这两个进程对共享空间得访问必须是互斥的（互斥访问通过操作系统提供得工具实现）
操作系统只负责提供共享空间和同步互斥工具
基于数据结构的共享:比如共享空间里只能放一个长度为10的数组。这种共享方式速度慢、
限制多,是一种低级通信方式
基于存储区的共享:在内存中画出一块共享存储区,数据的形式、存放位置都由进程控制而不是操作系统。相比之下,这种共享方式速度更快,是一种高级通信方式。
管道通信
管道就是指用于连接读写进程序得共享文件，又叫pipe文件，就是在内存中开辟一个固定大小得缓冲区
管道只能采用半双工通信，某个时间段只能实现单向的传输。要实现双向同时通信，需要设置两个管道
各个进程要互斥得访问管道
进程之间得传输数据只有在管道得数据写满后才可以传送或者写入
数据以字符流得形式写入管道，当管道写满，写进程得write()系统调用将被阻塞，等待读进程将数据取走。当读进程将数据全部取走，管道变空，此时读进程得read()系统调用将被阻塞
如果没有写满，不能读、没有读空，不允许写
数据一旦被读出，就会从管道中被抛弃，意味着读进程最多只能一个，否则可能出现读错数据的情况
消息传递
进程间的数据交换以格式化的消息为单位。进程通过为操作系统提供的“发送消息/接受消息”两个原语进行数据交换
格式化的消息分为消息头和消息体
消息传递又可以分为直接通信方式、间接通信方式
直接通信方式（把消息直接挂到接受进程的消息缓冲队列上
间接通信方式（信箱通信方式
线程概念和多线程模型
什么是线程
引入线程前
进程是程序执行流的最小单位
引入后
线程是程序执行流的最小单位
线程是基本的cpu执行单元
也是最小的程序执行流的最小单元
进程里有线程
引入线程后，不仅是进程之间可以并发，进程内的各线程之间也可并发，从而进一步提高了系统的并发性，使得一个进程内可以并发处理各种任务
进程只作为除了cpu之外的系统资源的分配单元（打印机、内存地址空间等都是分配给进程的）
线程进制的变化
同一进程内的线程的切换不需要切换进程的运行环境
线程的属性
线程控制块也是为了管理线程所创建的数据结构
线程的实现方式
用户级线程
用户级线程由应用程序通过线程库实现
所有的线程管理工作都有应用程序负责（包括线程切换
用户线程，线程切换可以在用户态下完成，无需操作系统干预
在用户看来，是有多线程。但操作系统内核看来，不会意识到线程的存在（用户极线程对用户不透明，对操作系统透明
用户级线程即使从用户视角能看到的线程
内核级线程
又叫内核支持的线程
内核级线程的管理工作由操作系统内核完成的。线程调度、切换等工作都由内核负责，因此内核级线程的切换必须在核心态下才能完成
内核级线程就是从操作系统内核视角看到的能看的线程
线程的实现方式
在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中,可采用二者组合的方式:将n个用户级线程映射到m个内核级线程上(n>=m)
操作系统只看见内核级线程，因此只有内核级线程才是处理机分配的单位
多线程模型
在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中,由几个用户级线程映射到几个内核级线程的问题引出了“多线程模型”问题
多对一
多个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用户进程只对应一个内核级线程
优点
优点:用户级线程的切换在用户空间即可完成,不需要切换到核心态,线程管理的系统开销小,效率高
缺点
当一个用户级线程被阻塞后,整个进程都会被阻塞,并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行
一对一
一个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用户进程有与用户级线程同数量的内核级线程。
优点
当一个线程被阻塞后,别的线程还可以继续执行,并发能力强。多线程可在多核处理机上并行执行
缺点
一个用户进程会占用多个内核级线程,线程切换由操作系统内核完成,需要切换到核心态,因此线程管理的成本高,开销大。
多对多
n用户及线程映射到m个内核级线程(n>=m)。每个用户进程对应m个内核级线程。
克服了多对一模型并发度不高的缺点,又克服了一对一模型中一个用户进程占用太多内核级线程,开销太大的缺点。
