操作系统复习（二）——进程调度

一、进程管理

（一）引入进程目的

为了更好地描述和控制程序并发执行，实现操作系统的并发性和共享性（进程是动态的，程序是静态的）

（二）定义

是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位。

（三）组成

1、PCB：保存进程运行期间相关的数据，是进程存在的唯一标志。

2、程序段：能被进程调度到CPU的代码。

3、数据段

（四）进程的状态

1、状态种类：

（1）运行态：进程正在占用CPU。

（2）就绪态：进程已处于准备运行的状态，即进程获得了除处理机外的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行。

（3）阻塞态：线程因为某种原因放弃CPU使用权，暂时停止运行。直到线程进入就绪状态，才有机会转到运行状态。

阻塞的情况分三种：

a.等待阻塞：运行的线程执行wait()方法，JVM会把该线程放入等待池中。(wait会释放持有的锁)

b.同步阻塞：运行的线程在获取对象的同步锁时，若该同步锁被别的线程占用，则JVM会把该线程放入锁池中。

c.其他阻塞：运行的线程执行sleep()或join()方法，或者发出了I/O请求时，JVM会把该线程置为阻塞状态。当sleep()状态超时、join()等待线程终止或者超时、或者I/O处理完毕时，线程重新转入就绪状态。（注意,sleep是不会释放持有的锁）

（4）创建状态：进程正在被创建。

（5）结束状态：进程正在从系统消失。

2.进程状态转换图：

（五）线程

1、引入目的：为了更好的使用多道程序并发执行，提高资源利用率和系统吞吐量。

2、特点：是程序执行的最小单位，基本不拥有任何系统资源（调度的基本单位）。

二、处理机调度

（一）概念

是对处理机进行分配，即从就绪队列中按照定的算法（公平、高效）选择一个进程并将处理机分配给它运行，以实现进程并发地执行。

（二）分类

高级调度（作业调度）（次数少）

中级调度（内存对换）（次数中等）

低级调度（进程调度）（次数多）

（三）调度方式

剥夺式、非剥夺式

（四）调度准则

CPU利用率、系统吞吐量、周转时间、等待时间、响应时间

（五）算法

先来先服务、短作业优先、优先级调度算法、高响应比优先调度算法、时间片轮转、多级反馈队列调度算法

三、进程同步

（一）引入原因

协调进程之间的相互制约关系

（二）制约关系

1、同步：

亦称直接制约关系，是指为完成某种任务而建立的两个或者多个进程，这些进程因为需要在某些位置上协调它们的工作次序而等待、传递信息所产生的制约关系。

2、互斥：

也称间接制约关系。当一个进程进入临界区使用临界资源时，另一个进程必须等待，当占用临界资源的进程退出临界区后，另进程才允许去访问此临界资源。

（三）临界资源

一次仅允许一个进程使用的资源（比如：打印机、共享缓冲区、共享变量、公用队列）

（四）临界区

在每个进程中访问临界资源的那段程序

（五）临界区互斥

1、原则

（1）空闲让进：如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入。

（2）忙则等待：任何时候，处于临界区内的进程不可多于一个。如已有进程进入自己的临界区，则其它所有试图进入临界区的进程必须等待。

（3）有限等待：进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区。

（4）让权等待：如果进程不能进入自己的临界区，则应让出CPU，避免进程出现“忙等”现象。

2、基本方法

信号量——利用PV操作实现互斥

四、死锁

（一）产生的原因

非剥夺资源的竞争和进程的不恰当推进顺序（与饥饿的区别）

（二）定义

多个进程因竞争资源而造成的一种僵局，如果没有外力，这些进程将无法推进。

（三）解决方法

1、预防死锁：破坏互斥条件、破坏不剥夺条件、破坏请求和保持条件、破坏循环等待条件。

2、避免死锁：安全状态、银行家算法。

3、检测死锁：利用死锁定理。

4、解除死锁：资源剥夺法、撤销进程法、进程回退法。

参考链接：https://www.bilibili.com/video/BV1xZ4y1r74y/?p=2&spm_id_from=pageDriver