计算机基础3--操作系统原理

2.进程管理之进程实体

为什么需要进程?

进程是系统进行资源分配和调度和调度的基本单位

进程作为程序独立运行的载体保障程序正常执行

进程存在使得操作系统资源的利用率大幅提升

多道程序设计

进程的实体

主存中的进程形态：

作为 进程控制块的形式存在

以下为一个进程控制块：

标识符 ：标识符唯一标记一个进程，用于区别其他进程。例如：进程ID

状态 ：状态这个区域存储的就是【标记进程的进程状态，如：运行态、阻塞状态】

优先级 ：

程序计数器 ：CPU中也有类似的设备,功能为【进程即将执行的下一条指令的地址】

内存指针 ：指的是【程序代码、进程数据相关的指针，一个程序可能存在多个指针】

上下文数据 ：功能为存储【进程执行时处理器存储的数据，如：寄存器高速缓存中的数据】

IO状态信息 ：功能为存储【被进程IO操作的文件列表】

记账信息 ：功能为存储【使用处理器时间，时钟总和等】

.............

总共可以归为4类：

进程标识，处理机状态，进程调度信息，进程控制信息

进程控制块（PCB）：1.用于描述和控制进程运行的通用数据结构

2.记录进程当前状态和控制进程运行的全部信息

3.PCB的使得进程是能够独立运行的基本单位{每一个进程都依赖进程控制块而被操作系统所调度}

4.PCB是操作系统进行调度经常会读取的信息

5.PCB是常驻内存的，存放在系统专门开辟的PCB区域内

进程（Process）与线程(Thread)

进程是系统进行资源分配和调度的基本的单位。

线程是操作系统进行运行调度的最小单位，包含在进程之中，是进程中实际运行工作的单位。

一个进程可以并发多个线程，每个线程执行不同的任务。

（进程中的）线程共享进程的资源

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总结两者进行对比

对比的属性	进程	线程
资源	资源分配的基本单位	不拥有资源
调度	独立调度的基本单位	独立调度的最小单位
系统开销	进程系统开销较大	线程系统开销小
通信	进程IPC	读写同一进程数据通信

3.进程管理之无状态模型

就绪，阻塞，执行以及创建，终止。共5状态

1）就绪状态：

当进程被分配到除CPU以外的所有必要的资源后

在一个系统中多个处于就绪状态的进程通常排成一个队列---就绪队列

当进程被分配到除CPU以外所有必要的资源后

只要再获得CPU的使用权，就可以立即运行

其他资源都准备好，只差CPU资源的状态为就绪状态。

2）执行状态：

进程获得CPU，其程序正在执行称为执行状态

在单处理机(也就是单核CPU)中，在某一时刻只能有一个进程处于执行状态

3）阻塞状态

当进程因某种原因如：其他设备未就绪而无法继续执行，从而放弃CPU的状态未阻塞状态。

同样类似于就绪状态，在一个系统中存在多个处于阻塞状态的进程通常排成一个队列---阻塞队列

4）创建状态

分配PCB——>插入就绪队列

创建进程时拥有PCB但其他资源尚未就绪的状态被称为创建状态

操作系统提供fork函数接口创建进程

5）终止状态

系统清理——>PCB归还

进程结束由系统清理或者归还PCB的状态称为终止状态

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4.进程管理之进程同步

1）为什么需要进程间的同步？

生产者和消费者问题--常见问题之一

图解生产者和消费者模式

错误原因是，两个进程并发执行了，它们同时对缓冲区中的数据进行了操作，导致了数据不一致

哲学家进餐的问题--常见问题之2

筷子相当于资源，哲学家相当于资源

两个模型的根源问题是：彼此之间没有通信

如果：生产者通知消费者我已经完成了一件生产

如果：哲学家向旁边的哲学家说我要进餐了

这里，就需要进程间的同步！！ 【前面只是并发】

它的作用:

1.对竞争资源在多进程间进行使用的次序的协调

2.使得并发执行的多个进程之间可以有效使用资源和相互合作

2）进程间同步的原则

3）线程同步

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虚拟内存不是欺骗进程，而是欺骗CPU

它的工作原理和swap是很相似的，都是要用到 磁盘的。而不是在 进程所分配的内存之间拼凑，拼凑出一个给新进程的内存！！！

这里 虚拟内存是把RAM当作了高速缓存来使用！而磁盘作为主存，需要用到的机器指令就从磁盘加载到RAM中，暂时不用的机器指令就放在磁盘中！

这里RAM这放的是 机器指令，不是数据

而swap，它解决的是 当使用虚拟内存之后，RAM还是将要不够用这个问题。也就是 RAM过载问题！

这时开始大量使用 磁盘代替RAM来进行存储！

当没有足够的RAM空间时，Linux内核会从中获取一些信息，并将其写入硬盘驱动器上的交换空间。这样Linux系统就可以释放一些RAM空间

看着swap和虚拟内存都是 用磁盘代替RAM来存机器指令，但是 前者可以大大提高运行效率，而后者则会大大降低执行效率。why？

报着这个问题，我比较详细的了解了上述的 “资料”

思考后的结论：

虚拟内存最终还是RAM和CPU进行交互，而swap存在磁盘和CPU进行交互

虚拟内存需要 某部分指令的时候，将指令从磁盘加载到RAM，然后CPU从RAM中读指令

而swap是 将RAM中的指令转移到磁盘后，空余出一部分空间然后 存储新的信息，避免RAM崩溃，而转移到磁盘的指令，则由 CPU从磁盘中读取指令来执行

先问 swap和虚拟内存之间的区别？为什么用swap比用虚拟内存慢？

如果答的不好，就问下面：

出一个经典问题，一行代码是如何交给CPU执行的？中间进行了那些交互，可以详细说说吗？

swap partition的一些缺陷：

必须在安装系统时定义swap partition的大小！

因此现代的Linux系统使用了swap file来代替swap partition

swap file 是可以自定义的文件，自定义大小！而且这个自定义可以设置为持久化{跨重启}。

另外还可以设置swappiness

swappiness是 交换比，当 RAM还剩余百分之XX时，开始交换

默认的swappiness是百分之60，一般设置为百分之10最佳