1、進(jìn)程的基本概念

2、進(jìn)程的控制

3、進(jìn)程同步

4、經(jīng)典的進(jìn)程同步互斥問(wèn)題

5、進(jìn)程通信

6、線程定義及實(shí)現(xiàn)

進(jìn)程的基本概念為了提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各種資源的利用率，現(xiàn)代操作系統(tǒng)廣泛采用多道程序技術(shù)（multi-programming），使多個(gè)程序同時(shí)在系統(tǒng)中存在并運(yùn)行。描述進(jìn)程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)——進(jìn)程控制塊（PCB）一個(gè)進(jìn)程應(yīng)該包括：程序的代碼；程序的數(shù)據(jù)；PC中的值，用來(lái)指示下一條將運(yùn)行的指令；一組通用的寄存器的當(dāng)前值，堆、棧；一組系統(tǒng)資源（如打開(kāi)的文件）程序是文本，是語(yǔ)句的描述（靜態(tài)）進(jìn)程是運(yùn)行中的程序，含有上下文信息（動(dòng)態(tài)）結(jié)構(gòu)特征：程序段、相關(guān)的數(shù)據(jù)段、PCB構(gòu)成了進(jìn)程實(shí)體動(dòng)態(tài)性：進(jìn)程是進(jìn)程實(shí)體的一次執(zhí)行，進(jìn)程的狀態(tài)總是在變化，PCB的內(nèi)容總是在變化并發(fā)性：多個(gè)進(jìn)程實(shí)體，同存于內(nèi)存中，能在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)運(yùn)行（宏觀上）獨(dú)立性：獨(dú)立運(yùn)行和資源調(diào)度的基本單位。每個(gè)進(jìn)程都有“自己”的PC和內(nèi)部狀態(tài)，運(yùn)行時(shí)獨(dú)立于其他的進(jìn)程（邏輯PC和物理PC）異步性：以各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)

進(jìn)程的控制Running運(yùn)行 Blocked阻塞 Ready就緒進(jìn)程的三種基本狀態(tài)1) 就緒(Ready)狀態(tài)：進(jìn)程一旦獲得CPU就可以投入運(yùn)行的狀態(tài)2) 執(zhí)行狀態(tài)：進(jìn)程獲得CPU正在運(yùn)行的狀態(tài)3) 阻塞狀態(tài)：進(jìn)程由于等待資源或某個(gè)事件的發(fā)生而暫停執(zhí)行的狀態(tài)運(yùn)行à阻塞等待I/O的結(jié)果等待某一進(jìn)程提供輸入運(yùn)行à就緒運(yùn)行進(jìn)程用完了時(shí)間片運(yùn)行進(jìn)程被中斷，因?yàn)橐桓邇?yōu)先級(jí)進(jìn)程處于就緒狀態(tài)就緒 à 運(yùn)行調(diào)度程序選擇一個(gè)新的進(jìn)程運(yùn)行阻塞 à就緒當(dāng)所等待的事件發(fā)生時(shí)

進(jìn)程同步兩個(gè)進(jìn)程使用相同的一個(gè)共享一個(gè)資源（如共享文件，打印機(jī)等）引出進(jìn)程同步問(wèn)題。進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中所做的工作分為兩類(lèi)：內(nèi)部計(jì)算（不會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)條件）對(duì)共享內(nèi)存或共享文件的訪問(wèn)（可能導(dǎo)致競(jìng)爭(zhēng)條件）我們把完成第二類(lèi)工作的程序稱為“臨界區(qū)”，把需要互斥訪問(wèn)的共享資源稱為“臨界資源”。如果我們能設(shè)計(jì)出某種方法，使得任何兩個(gè)進(jìn)程都不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在臨界區(qū)中，就可以避免競(jìng)爭(zhēng)條件的出現(xiàn)。由Dijkstra把整型信號(hào)量定義為一個(gè)整型量，除初始化外，僅能通過(guò)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的原子操作(Atomic Operation) wait(S)和signal(S)來(lái)訪問(wèn)。這兩個(gè)操作一直被分別稱為P、V操作。wait(S): while S≤0 do no-op S:=S-1;signal(S): S:=S+1;

經(jīng)典的進(jìn)程同步互斥問(wèn)題4.1有3個(gè)客戶在某天的日常生活中使用了某個(gè) ATM 自動(dòng)取款機(jī)。假設(shè)他們對(duì) ATM 的使用順序是 a 到來(lái)，a 進(jìn)入， b 到來(lái)， c 到來(lái)， a 離開(kāi)，b 進(jìn)入， b 離開(kāi)， c 進(jìn)入， c 離開(kāi)。4.2某閱覽室，最多可容納100名讀者同時(shí)閱覽，當(dāng)閱覽室中少于100名讀者時(shí)，閱覽室外等候的讀者可以立即進(jìn)入，否則需要在外面等待。每個(gè)讀者可看成一個(gè)進(jìn)程。semaphore seats；seats.value=100;while(閱覽時(shí)間){wait(seats);進(jìn)入閱覽室；閱讀；離開(kāi)閱覽室；signal(seats);}4.3司機(jī)與售票員while(上班時(shí)間){發(fā)動(dòng)汽車(chē)；正常運(yùn)行；到站停車(chē)；}while(上班時(shí)間){關(guān)閉車(chē)門(mén)；售票；打開(kāi)車(chē)門(mén)；}4.4兩個(gè)并發(fā)進(jìn)程的讀寫(xiě)設(shè)有一個(gè)緩沖區(qū)buffer，大小為一個(gè)字節(jié)（如圖）。Compute進(jìn)程不斷產(chǎn)生字符，送buffer，Print進(jìn)程從buffer中取出字符打印。如不加控制，會(huì)出現(xiàn)多種打印結(jié)果，這取決于這兩個(gè)進(jìn)程運(yùn)行的相對(duì)速度。在這眾多的打印結(jié)果中，只有Compute和Print進(jìn)程的運(yùn)行剛好匹配的一種是正確的，其它均為錯(cuò)誤。semaphore S_Empty； // 緩沖區(qū)是否為空，初值為1semaphore S_Full; // 是否有數(shù)據(jù)寫(xiě)入，初值為0while(計(jì)算未完成){ P(S_Empty);Write_Data( )；V(S_Full);}Computewhile(打印未完成){P(S_Full)； Print_Data( )； V(S_Empty);}Print4.5有一個(gè)倉(cāng)庫(kù)，可以存放A和B 兩種產(chǎn)品。要求：1)每次只能存入一種產(chǎn)品(A或B)；2)-N

進(jìn)程通信低級(jí)通信：只能傳遞狀態(tài)和整數(shù)值（控制信息），包括用來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步和互斥的信號(hào)量和管程機(jī)制。優(yōu)點(diǎn)是速度快。缺點(diǎn)是：傳送信息量?。好看瓮ㄐ艂鬟f的信息量固定，若需要傳遞較多信息，就得進(jìn)行多次通信。編程復(fù)雜：用戶需要直接去實(shí)現(xiàn)通信的細(xì)節(jié)，編程復(fù)雜，容易出錯(cuò)。高級(jí)通信：能夠傳送任意數(shù)量的數(shù)據(jù)，包括三類(lèi)：共享內(nèi)存、管道、消息。

線程定義及實(shí)現(xiàn)進(jìn)程當(dāng)中的一條執(zhí)行流程叫線程。進(jìn)程是資源分配單位，線程是CPU調(diào)度單位；進(jìn)程擁有一個(gè)完整的資源平臺(tái)，而線程只獨(dú)享必不可少的資源，如寄存器和棧；線程同樣具有就緒、阻塞和執(zhí)行三種基本狀態(tài)，同樣具有狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；線程 ＝ 輕量級(jí)進(jìn)程（lightweight process）用戶線程：在用戶空間實(shí)現(xiàn)，時(shí)間片分配給進(jìn)程；內(nèi)核線程：在內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)，時(shí)間片分配給線程；