目錄

一、程序執(zhí)行

1. 前趨圖?

2. 程序的順序執(zhí)行?

3. 程序的并發(fā)執(zhí)行?

二、進(jìn)程的描述?

? ? （一）、進(jìn)程的概念?

1. 進(jìn)程的定義?

2. 進(jìn)程的特征?

? ? （二）、進(jìn)程的狀態(tài)極其轉(zhuǎn)換?

1. 進(jìn)程的三種基本狀態(tài)

（1）就緒狀態(tài)?

（2）運(yùn)行狀態(tài)

（3）等待狀態(tài)

2. 進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換?

? ? （三）、進(jìn)程的掛起狀態(tài)?

1. 掛起狀態(tài)的引入?

? ? （四）、進(jìn)程控制塊PCB?

1. 進(jìn)程控制塊的作用?

2. 進(jìn)程控制塊的內(nèi)容?

三、進(jìn)程控制

（一）操作系統(tǒng)內(nèi)核

特權(quán)指令和非特權(quán)指令

特權(quán)指令

非特權(quán)指令

? ? ?（二）、進(jìn)程創(chuàng)建

? ? （三）、進(jìn)程撤銷?

? ? （四）、進(jìn)程等待（進(jìn)程阻塞）

? ? （五）、進(jìn)程喚醒?

? ? 四、進(jìn)程同步

（一）進(jìn)程同步的概念?

? ? （二）、進(jìn)程同步機(jī)制應(yīng)遵循的原則?

? ? （三）、進(jìn)程同步機(jī)制——鎖?

? ? ?（四）、進(jìn)程同步機(jī)制——信號量

五、進(jìn)程通信?

? ? （一）、共享存儲器系統(tǒng)?

? ? （二）、消息傳遞系統(tǒng)

? ? （三）、管道通信系統(tǒng)?

六、處理機(jī)調(diào)度?

?? ? 一、進(jìn)程調(diào)度算法的選取原則

? ? 二、常用的進(jìn)程調(diào)度算法

? ? 三、常用的作業(yè)調(diào)度算法?

? ? 四、死鎖的基本概念?

? ? 七、線程技術(shù)?

1. 線程的概念?

2. 線程與進(jìn)程的比較?

3. 線程的類型?

一、程序執(zhí)行

? ? 程序執(zhí)行是指程序在計算機(jī)中的運(yùn)行過程。程序的執(zhí)行可以用前趨圖表示，程序的執(zhí)行方式有順序執(zhí)行和并發(fā)執(zhí)行兩種。

1. 前趨圖?

? ? 前趨圖是一個有向無循環(huán)圖。圖中的每個節(jié)點(diǎn)可用于表示一條語句、一個程序段等；節(jié)點(diǎn)間的有向邊表示在兩個節(jié)點(diǎn)之間存在的前趨關(guān)系。如Pi→Pj，稱Pi是Pj的前趨，而Pj是Pi的后繼。在前趨圖中，沒有前趨的節(jié)點(diǎn)稱為初始節(jié)點(diǎn)，沒有后繼的節(jié)點(diǎn)稱為終止節(jié)點(diǎn)。應(yīng)當(dāng)注意的是，前趨圖中不能存在循環(huán)。?

? ? 在上圖所示的前趨圖中存在下述前趨關(guān)系： ? ? P1→P2，P1→P3，P2→P4，P3→P4，P4→P5。?

2. 程序的順序執(zhí)行?

（1）程序順序執(zhí)行的概念?

? ? 一個較大的程序通常由若干個操作組成。程序在執(zhí)行時，必須按照某種先后次序逐個執(zhí)行操作，只有當(dāng)前一個操作執(zhí)行完后，才能執(zhí)行后一個操作。?

（2）程序順序執(zhí)行的特征?

• 順序性。嚴(yán)格按照程序所規(guī)定的順序執(zhí)行。
• 封閉性。程序在封閉的環(huán)境下執(zhí)行，其執(zhí)行結(jié)果不受外界因素的影響。
• 確定性。程序執(zhí)行的結(jié)果與它的執(zhí)行速度無關(guān)，不會影響到最終結(jié)果。
• 可再現(xiàn)性。只要程序執(zhí)行的環(huán)境和初始條件相同，都將獲得相同的結(jié)果。?

3. 程序的并發(fā)執(zhí)行?

?（1）程序并發(fā)執(zhí)行的概念?

? ? 在處理一批程序時，它們之間有時并不存在嚴(yán)格的執(zhí)行次序，可以并發(fā)執(zhí)行。?

? ? 程序并發(fā)執(zhí)行時的前趨圖，如下圖所示。

（2）程序并發(fā)執(zhí)行的特征?

• 間斷性。在程序并發(fā)執(zhí)行時，它們之間共享資源或相互合作，形成了相互制約的關(guān)系，表現(xiàn)為“執(zhí)行—暫停執(zhí)行—執(zhí)行”的間斷性活動規(guī)律。
• 失去封閉性。程序并發(fā)執(zhí)行時，多個程序共享系統(tǒng)中的各種資源，致使程序的運(yùn)行失去了封閉性。這樣，一個程序在執(zhí)行時，必然會受到其他程序的影響。
• 不可再現(xiàn)性。即使并發(fā)程序執(zhí)行的環(huán)境和初始條件相同，程序多次執(zhí)行或以不同的方式執(zhí)行都可能獲得不相同的結(jié)果。
• 資源共享性。系統(tǒng)中的硬件資源（CPU、內(nèi)存和I/O設(shè)備等）和軟件資源（系統(tǒng)程序和數(shù)據(jù)集等）為多個用戶或作業(yè)共同使用。
• 程序和計算不再一一對應(yīng)。?

二、進(jìn)程的描述?

? ? （一）、進(jìn)程的概念?

進(jìn)程的組成：是由PCB、程序段、數(shù)據(jù)段組成。

PCB是給操作系統(tǒng)用的，而程序段和數(shù)據(jù)段是給進(jìn)程自己用的，與進(jìn)程自身的運(yùn)行邏輯有關(guān)。

?

1. 進(jìn)程的定義?

? ? 關(guān)于進(jìn)程的定義有以下一些描述：

? ? （1）進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行。

? ? （2）進(jìn)程可以定義為一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及能在其上進(jìn)行操作的一個程序。

? ? （3）進(jìn)程是程序在一個數(shù)據(jù)集合上的運(yùn)行過程，是系統(tǒng)資源分配和調(diào)度的一個獨(dú)立單位。

? ? 據(jù)此，可以把“進(jìn)程”定義為：一個程序在一個數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行過程。所以一個程序在不同數(shù)據(jù)集合上運(yùn)行，乃至一個程序在同樣數(shù)據(jù)集合上的多次運(yùn)行都是不同的進(jìn)程。?

?可將進(jìn)程定義為：進(jìn)程是進(jìn)程實(shí)體的一次運(yùn)行過程，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的獨(dú)立單位。

當(dāng)進(jìn)程創(chuàng)建時，操作系統(tǒng)會給該進(jìn)程分配唯一的身份證號——PID

2. 進(jìn)程的特征?

? ? 進(jìn)程與傳統(tǒng)的程序是截然不同的兩個概念，它具有五個基本特征，從這五個特征可以看到進(jìn)程與程序的巨大差異。

（1）動態(tài)性

? ? 動態(tài)性是進(jìn)程的最基本特征，它表現(xiàn)為“進(jìn)程因創(chuàng)建而產(chǎn)生，因調(diào)度而執(zhí)行，因得不到資源而暫停，以及因撤銷而消亡”。因此，進(jìn)程具有一定的生命周期，其狀態(tài)也會不斷發(fā)生變化，是一個動態(tài)實(shí)體。而程序僅是一組指令的集合，并且可以一成不變地存放在某種介質(zhì)上，是一個靜態(tài)實(shí)體。

（2）并發(fā)性

? ? 進(jìn)程的并發(fā)性是指多個進(jìn)程在一段時間內(nèi)同時運(yùn)行，交替使用處理器的情況。并發(fā)性是進(jìn)程也是操作系統(tǒng)的重要特征。

（3）獨(dú)立性

? ? 獨(dú)立性是指進(jìn)程實(shí)體是一個能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位，同時也是獨(dú)立獲得資源和獨(dú)立調(diào)度的基本單位。沒有創(chuàng)建進(jìn)程的程序，是不能參加運(yùn)行的。

（4）異步性

? ? 異步性是指系統(tǒng)中的進(jìn)程按照各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)，即進(jìn)程按照異步方式運(yùn)行。正因如此，將導(dǎo)致執(zhí)行的不可再現(xiàn)性。因此，在操作系統(tǒng)中必須采取相應(yīng)的措施來保證進(jìn)程之間能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行。

（5）結(jié)構(gòu)性

? ? 進(jìn)程的結(jié)構(gòu)性是指在結(jié)構(gòu)上進(jìn)程實(shí)體由程序段、數(shù)據(jù)段和進(jìn)程控制塊組成，這三部分也統(tǒng)稱為“進(jìn)程映像”。?

? ? （二）、進(jìn)程的狀態(tài)極其轉(zhuǎn)換?

? ? 系統(tǒng)中的諸多進(jìn)程并發(fā)運(yùn)行，并因競爭系統(tǒng)資源而相互依賴相互制約，因而進(jìn)程執(zhí)行時呈現(xiàn)了“運(yùn)行—暫停—運(yùn)行”的間斷性。進(jìn)程執(zhí)行時的間斷性可用進(jìn)程的狀態(tài)及其狀態(tài)的轉(zhuǎn)換來描述。?

1. 進(jìn)程的三種基本狀態(tài)

? ? 通常，一個進(jìn)程必須有就緒、運(yùn)行和等待三種基本狀態(tài)。?

（1）就緒狀態(tài)?

? ? 當(dāng)進(jìn)程已分配到除處理器（CPU）以外的所有必要資源后，只要再獲得處理器就可以立即執(zhí)行，這時進(jìn)程的狀態(tài)稱為就緒狀態(tài)。

? ? 在一個系統(tǒng)里，可以有多個進(jìn)程同時處于就緒狀態(tài)，通常把這些就緒進(jìn)程排成一個或多個隊列，稱為就緒隊列。

（2）運(yùn)行狀態(tài)

? ? 處于就緒狀態(tài)的進(jìn)程一旦獲得了處理器，就可以運(yùn)行，進(jìn)程狀態(tài)也就處于運(yùn)行狀態(tài)。

? ? 在單處理器系統(tǒng)中，只能有一個進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)。在多處理器系統(tǒng)中，可能有多個進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)。

（3）等待狀態(tài)

? ? 正在運(yùn)行的進(jìn)程因?yàn)榘l(fā)生某些事件（如請求輸入/輸出、申請額外空間等）而暫停運(yùn)行，這種受阻暫停的狀態(tài)稱為等待狀態(tài)。

? ? 通常將處于等待狀態(tài)的進(jìn)程排成一個隊列，稱為等待隊列。在有些系統(tǒng)中也會按照等待原因的不同將處于等待狀態(tài)的進(jìn)程排成多個隊列。?

2. 進(jìn)程狀態(tài)的轉(zhuǎn)換?

?

? ? （三）、進(jìn)程的掛起狀態(tài)?

1. 掛起狀態(tài)的引入?

? ? 在很多系統(tǒng)中，進(jìn)程只有上述三種基本狀態(tài)。但在另一些系統(tǒng)中，由于某種需要又增加了一些新的進(jìn)程狀態(tài)，其中最重要最常見的是掛起狀態(tài)。

? ? 引入掛起狀態(tài)主要是基于下列需求：

? ? （1）用戶的需求；

? ? （2）父進(jìn)程的需求；

????（3）操作系統(tǒng)的需求；

? ? （4）對換的需求；

?? ? 引入掛起狀態(tài)后的進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程如下圖所示。

? ? （四）、進(jìn)程控制塊PCB?

1. 進(jìn)程控制塊的作用?

? ? 進(jìn)程控制塊PCB（Process Control Block）是進(jìn)程實(shí)體的重要組成部分，是操作系統(tǒng)中最重要的記錄型數(shù)據(jù)。在進(jìn)程控制塊中記錄了操作系統(tǒng)所需要的、用于描述進(jìn)程情況及控制進(jìn)程運(yùn)行所需要的全部信息。換句話說，在進(jìn)程的整個生命周期中，操作系統(tǒng)都要通過進(jìn)程的PCB來對并發(fā)運(yùn)行的進(jìn)程進(jìn)行管理和控制。

? ? 由此看來，進(jìn)程控制塊是系統(tǒng)對進(jìn)程控制采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)是根據(jù)進(jìn)程的PCB而感知進(jìn)程存在的。所以，進(jìn)程控制塊是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志。 PCB可以被多個系統(tǒng)模塊讀取和修改，如調(diào)度模塊、資源分配模塊、中斷處理模塊、監(jiān)督和分析模塊等。因?yàn)镻CB經(jīng)常被系統(tǒng)訪問，因此常駐主存。系統(tǒng)把所有的PCB組織成若干個鏈表（或隊列），存放在操作系統(tǒng)中專門開辟的PCB區(qū)內(nèi)。

2. 進(jìn)程控制塊的內(nèi)容?

（1）進(jìn)程標(biāo)志信息

? ? 進(jìn)程標(biāo)識符用于標(biāo)識一個進(jìn)程，通常有外部標(biāo)識符和內(nèi)部標(biāo)識符兩種。 ? ?

? ? ① 外部標(biāo)識符：? ?

由進(jìn)程創(chuàng)建者命名，通常是由字母、數(shù)字所組成的一個字符串，在用戶（進(jìn)程）訪問該進(jìn)程時使用。外部標(biāo)識符都便于記憶，如計算進(jìn)程、打印進(jìn)程、發(fā)送進(jìn)程、接收進(jìn)程等。

? ? ② 內(nèi)部標(biāo)識符 ? ??

? ? 為方便系統(tǒng)使用而設(shè)置的。操作系統(tǒng)為每一個進(jìn)程賦予唯一的一個整數(shù)，把它作為內(nèi)部標(biāo)識符。內(nèi)部標(biāo)識符通常就是一個進(jìn)程的序號。

（2）說明信息（進(jìn)程調(diào)度信息）

? ? 說明信息是與進(jìn)程調(diào)度有關(guān)的狀態(tài)信息，它包括：

• 進(jìn)程狀態(tài)。它指明進(jìn)程當(dāng)前的狀態(tài)，作為進(jìn)程調(diào)度和對換時的依據(jù)。
• 優(yōu)先權(quán)高的進(jìn)程將優(yōu)先獲得處理器。
• 進(jìn)程調(diào)度所需的其他信息。其內(nèi)容與所采用的進(jìn)程調(diào)度算法有關(guān)，如進(jìn) ?程等待時間、進(jìn)程已運(yùn)行時間等。
• ?等待事件是指進(jìn)程由運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈却隣顟B(tài)時所等待發(fā)生的事件，即等待原因。

?（3）現(xiàn)場信息（處理器狀態(tài)信息）

? ? 現(xiàn)場信息是用于保留進(jìn)程存放在處理器中的各種信息，主要由處理器中的各個寄存器的內(nèi)容組成。尤其是當(dāng)進(jìn)程暫停運(yùn)行時，這些寄存器內(nèi)的信息將被保存在PCB里，當(dāng)該進(jìn)程重新運(yùn)行時，能從上次停止的地方繼續(xù)運(yùn)行。

• 通用寄存器。其中的內(nèi)容可以被用戶程序訪問，用于暫存信息。
• 指令計數(shù)器。用于存放要訪問的下一條指令的地址。
• 程序狀態(tài)字。用于保存當(dāng)前處理器的狀態(tài)信息，如運(yùn)行方式、中斷屏蔽標(biāo)志等。
• 用戶棧指針。每個用戶進(jìn)程都有一個或若干個與之相關(guān)的關(guān)系棧，用于存放過程和系統(tǒng)調(diào)用參數(shù)及調(diào)用地址，棧指針指向堆棧的棧頂。?

（4）管理信息（進(jìn)程控制信息）?

? ? 管理信息包括進(jìn)程資源、控制機(jī)制等一些進(jìn)程運(yùn)行所需要的信息。

• ?程序和數(shù)據(jù)的地址。它是指該進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)所在的主存和外存地址，以便該進(jìn)程再次運(yùn)行時，能夠找到程序和數(shù)據(jù)。
• 進(jìn)程同步和通信機(jī)制。它是指實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步和進(jìn)程通信時所采用的機(jī)制，如消息隊列指針、信號量等。
• ?資源清單。該清單中存放有除CPU以外，進(jìn)程所需的全部資源和已經(jīng)分配到的資源。
• ?鏈接指針。它將指向該進(jìn)程所在隊列的下一個進(jìn)程的PCB的首地址。?

（5）進(jìn)程控制塊的組織方式?

（1）鏈接方式

? ? 把具有相同狀態(tài)的PCB用鏈接指針鏈接成隊列，如就緒隊列、等待隊列和空閑隊列等。就緒隊列中的PCB將按照相應(yīng)的進(jìn)程調(diào)度算法進(jìn)行排序。而等待隊列也可以根據(jù)等待原因的不同，將處于等待狀態(tài)的進(jìn)程的PCB排成等待I/O隊列、等待主存隊列等多個隊列。

（2）索引方式

? ? 系統(tǒng)根據(jù)各個進(jìn)程的狀態(tài)建立不同的索引表，如就緒索引表、等待索引表等，并把各個索引表在主存的首地址記錄在主存中的專用單元里，也可以稱為表指針。在每個索引表的表目中，記錄著具有相同狀態(tài)的各個PCB在表中的地址。?

?（6）進(jìn)程控制原語

? ? 原語是指具有特定功能的不被中斷的過程。它主要用于實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)的一些專門控制操作。用于進(jìn)程控制的原語有：

• ?（1）創(chuàng)建原語 ? ? 用于為一個進(jìn)程分配工作區(qū)和建立PCB，置該進(jìn)程為就緒狀態(tài)。
• （2）撤銷原語 ? ? 用于一個進(jìn)程工作結(jié)束后，收回它的工作區(qū)和PCB。
• （3）等待原語 ? ? 用于進(jìn)程在運(yùn)行過程中發(fā)生等待事件時，把進(jìn)程的狀態(tài)改為等待狀態(tài)。
• （4）喚醒原語 ? ? 用于當(dāng)進(jìn)程等待的事件結(jié)束時，把進(jìn)程的狀態(tài)改為就緒狀態(tài)。

三、進(jìn)程控制

（一）操作系統(tǒng)內(nèi)核

核心態(tài)：又稱管態(tài)、系統(tǒng)態(tài)，是操作系統(tǒng)管理程序執(zhí)行時計算機(jī)所處的狀態(tài)。這種狀態(tài)具有較高的特權(quán)，能執(zhí)行一切指令，訪問所有的寄存器和存儲器。

用戶態(tài)：又稱目態(tài)，是用戶執(zhí)行程序時計算機(jī)所處的狀態(tài)。這種狀態(tài)具有較低的特權(quán)，只有執(zhí)行規(guī)定的指令，訪問指定的寄存器和存儲器。

用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)是操作系統(tǒng)中的兩種不同的運(yùn)行級別。用戶態(tài)是指應(yīng)用程序運(yùn)行時所處的狀態(tài)，而內(nèi)核態(tài)是指操作系統(tǒng)運(yùn)行時所處的狀態(tài)。在用戶態(tài)下，應(yīng)用程序可以訪問自己的內(nèi)存空間和一些受限制的系統(tǒng)資源，但不能直接訪問硬件設(shè)備和操作系統(tǒng)的核心功能。而在內(nèi)核態(tài)下，操作系統(tǒng)可以訪問所有的系統(tǒng)資源和硬件設(shè)備，并且可以執(zhí)行所有的核心功能。

用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間的切換是通過系統(tǒng)調(diào)用、異常和外圍設(shè)備中斷來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)應(yīng)用程序需要訪問受限制的系統(tǒng)資源或執(zhí)行核心功能時，它會發(fā)起一個系統(tǒng)調(diào)用，這時操作系統(tǒng)會將應(yīng)用程序的狀態(tài)切換到內(nèi)核態(tài)，執(zhí)行相應(yīng)的操作，然后將狀態(tài)切換回用戶態(tài)，繼續(xù)執(zhí)行應(yīng)用程序。

用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)之間的切換是有開銷的，因?yàn)樾枰４婧突謴?fù)現(xiàn)場、復(fù)制參數(shù)和代碼等操作。這也是為什么說用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)切換的開銷大的原因。

特權(quán)指令和非特權(quán)指令

在計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中，存在兩種主要類型的指令：特權(quán)指令和非特權(quán)指令。它們在處理器的執(zhí)行權(quán)限方面有所區(qū)別。

特權(quán)指令

特權(quán)指令：系統(tǒng)態(tài)下運(yùn)行的指令（相當(dāng)于系統(tǒng)指令），對內(nèi)存的訪問不受限制，可以訪問用戶空間和系統(tǒng)空間，不允許應(yīng)用程序使用。

特權(quán)指令是那些需要較高執(zhí)行權(quán)限的指令，通常由操作系統(tǒng)或內(nèi)核執(zhí)行。這些指令涉及到對系統(tǒng)資源的管理和控制，如內(nèi)存管理、I/O 操作、中斷處理等。只有在特殊的特權(quán)級別下才能執(zhí)行這些指令，一般用戶程序無法直接執(zhí)行它們。這有助于確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

常見的特權(quán)指令包括：

1. 操作系統(tǒng)調(diào)用指令
2. 修改頁表的指令
3. 中斷和異常處理指令
4. I/O 操作相關(guān)指令
5. 修改控制寄存器的指令

非特權(quán)指令

非特權(quán)指令：在用戶態(tài)運(yùn)行的指令，應(yīng)用程序所使用的所有指令，訪問內(nèi)存受限，只允許訪問用戶空間，不能對系統(tǒng)中的軟件和硬件直接訪問。

非特權(quán)指令是那些可以由普通用戶程序直接執(zhí)行的指令。它們通常涉及到一般的計算、數(shù)據(jù)傳輸和邏輯運(yùn)算等基本操作。非特權(quán)指令執(zhí)行時不會對系統(tǒng)的關(guān)鍵資源產(chǎn)生直接影響，因此可以由用戶程序自由使用。

常見的非特權(quán)指令包括：

1. 數(shù)據(jù)移動指令（如MOV）
2. 算術(shù)運(yùn)算指令（如ADD、SUB）
3. 邏輯運(yùn)算指令（如AND、OR）
4. 條件分支指令（如JUMP）
5. 棧操作指令（如PUSH、POP）

?通過將特權(quán)指令和非特權(quán)指令分開，計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)更好的安全性和系統(tǒng)穩(wěn)定性，確保只有授權(quán)的代碼可以執(zhí)行對系統(tǒng)關(guān)鍵資源的敏感操作。

? ? ?（二）、進(jìn)程創(chuàng)建

? ? 在系統(tǒng)中，只有進(jìn)程才能得到運(yùn)行。因此，程序要想運(yùn)行，就必須為之創(chuàng)建進(jìn)程。進(jìn)程運(yùn)行結(jié)束，還必須撤銷它。

? ? （1）用戶登錄：在分時系統(tǒng)中，用戶鍵入登錄命令后，如果是合法用戶，系統(tǒng)將為該終端用戶建立一個進(jìn)程，并把它放入就緒隊列。?

? ? （2）作業(yè)調(diào)度：在批處理系統(tǒng)中，當(dāng)作業(yè)調(diào)度程序調(diào)度某個作業(yè)時，便將該作業(yè)裝入主存，為其分配必要的資源，并為之創(chuàng)建進(jìn)程，放入就緒隊列。?

? ? （3）提供服務(wù)：當(dāng)運(yùn)行中的用戶進(jìn)程提出某種請求后，系統(tǒng)將專門創(chuàng)建一個進(jìn)程來提供用戶所需要的服務(wù)。

? ? （4）應(yīng)用請求：基于應(yīng)用進(jìn)程自己的需要，由它自己創(chuàng)建一個新進(jìn)程，這個新進(jìn)程也稱為該進(jìn)程的子進(jìn)程。

進(jìn)程創(chuàng)建的處理過程?

? ? 一旦操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了要求創(chuàng)建進(jìn)程的事件后，便調(diào)用進(jìn)程創(chuàng)建原語，按照下列步驟創(chuàng)建一個新進(jìn)程：

? ? ① 為新進(jìn)程分配唯一的進(jìn)程標(biāo)識符，并從PCB隊列中申請一個空閑的PCB。

? ? ② 為新進(jìn)程的程序和數(shù)據(jù)，以及用戶棧分配相應(yīng)的主存空間及其他必要的資源。

? ? ③ 初始化PCB中的相應(yīng)信息，如標(biāo)識信息、處理器信息、進(jìn)程控制信息等。

? ? ④ 如果就緒隊列可以接納新進(jìn)程，便將新進(jìn)程加入到就緒隊列中。

? ? （三）、進(jìn)程撤銷?

? ? （1）進(jìn)程正常結(jié)束 ? ? 這是指程序運(yùn)行到最后一條指令后。如在C語言程序的函數(shù)調(diào)用中，執(zhí)行函數(shù)調(diào)用的最后一條指令return后，結(jié)束該函數(shù)。

? ? （2）進(jìn)程異常錯誤 ? ? 在進(jìn)程運(yùn)行期間，由于出現(xiàn)某些錯誤和故障而使進(jìn)程被迫中止。例如越界錯誤、超時故障、非法指令錯、運(yùn)行超時、等待超時、算術(shù)運(yùn)算錯、I/O故障等。

? ? （3）進(jìn)程應(yīng)外界的請求而終止運(yùn)行 ? ? 例如，操作員或操作系統(tǒng)要求父進(jìn)程干預(yù)或父進(jìn)程結(jié)束等。

進(jìn)程撤銷的處理過程，?一旦操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了要求終止進(jìn)程的事件后，便調(diào)用進(jìn)程終止原語，按照下列步驟終止指定的進(jìn)程：

? ? ① 根據(jù)被終止進(jìn)程的標(biāo)識符，從PCB集合中檢索該進(jìn)程的PCB，讀出進(jìn)程狀態(tài)。

? ? ② 若該進(jìn)程處于運(yùn)行狀態(tài)，則立即終止該進(jìn)程的運(yùn)行。

? ? ③ 若該進(jìn)程有子孫進(jìn)程，還要將其子孫進(jìn)程終止。

? ? ④ 將該進(jìn)程所占用的資源回收，歸還給父進(jìn)程或操作系統(tǒng)。

? ? ⑤ 將被終止進(jìn)程的PCB從所在隊列中移出，撤銷該進(jìn)程的PCB，并將其加入到空閑的PCB隊列中。

? ? （四）、進(jìn)程等待（進(jìn)程阻塞）

? ? （1）請求系統(tǒng)服務(wù) ? ? 正在運(yùn)行的進(jìn)程請求系統(tǒng)提供服務(wù)時，例如申請打印機(jī)打印，但申請服務(wù)資源被另外的進(jìn)程占有，該進(jìn)程只能處于等待狀態(tài)。

? ? （2）啟動某種操作 ? ? 正在運(yùn)行的進(jìn)程啟動某種操作后，其后續(xù)命令必須在該操作完成后才能運(yùn)行，所以要先等待該進(jìn)程。

? ? （3）新數(shù)據(jù)尚未到達(dá) ? ? 對于相互合作的進(jìn)程，如果一個進(jìn)程需要先獲得另一個進(jìn)程提供的數(shù)據(jù)后才能運(yùn)行，則只有等待所需要的數(shù)據(jù)到達(dá)。

? ? （4）無新工作可做 ? ? 系統(tǒng)往往設(shè)置一些具有特定功能的系統(tǒng)進(jìn)程，每當(dāng)這種進(jìn)程完成任務(wù)后，便把自己阻塞起來等待新任務(wù)的到來。

??進(jìn)程等待的處理過程，? ? 一旦操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了要求等待進(jìn)程的事件后，便調(diào)用進(jìn)程等待原語，按照下列步驟阻塞指定的進(jìn)程：

? ? ① 立即停止執(zhí)行該進(jìn)程。

? ? ② 修改進(jìn)程控制塊中的相關(guān)信息。把進(jìn)程控制塊中的運(yùn)行狀態(tài)由“運(yùn)行”狀態(tài)改為“等待”狀態(tài)，并填入等待的原因，以及進(jìn)程的各種狀態(tài)信息。

? ? ③ 把進(jìn)程控制塊插入到等待隊列。根據(jù)等待隊列的組織方式，把等待進(jìn)程的進(jìn)程控制塊插入等待隊列中。

? ? ④ 轉(zhuǎn)調(diào)度程序重新調(diào)度，運(yùn)行就緒隊列中的其他進(jìn)程。

? ? （五）、進(jìn)程喚醒?

? ? （1）請求系統(tǒng)服務(wù)得到滿足 ? ? 因請求服務(wù)得不到滿足的等待隊列中的進(jìn)程，得到相應(yīng)的服務(wù)要求時，處于等待隊列中的進(jìn)程就被喚醒。

? ? （2）啟動某種操作完成 ? ? 處于等待某種操作完成的等待隊列中的進(jìn)程，其等待的操作已經(jīng)完成，可以執(zhí)行其后續(xù)命令，則必須把它喚醒。

? ? （3）新數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá) ? ? 對于相互合作的進(jìn)程，如果一個進(jìn)程需要另一個進(jìn)程提供的數(shù)據(jù)已經(jīng)到達(dá)，則把因此而處于等待的進(jìn)程喚醒。

? ? （4）有新工作可做 ? ? 系統(tǒng)中的具有特定功能的系統(tǒng)進(jìn)程，接收到新的任務(wù)時，就必須喚醒它。

進(jìn)程喚醒的過程?，? ? 一旦操作系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了要求喚醒進(jìn)程的事件后，便調(diào)用進(jìn)程喚醒原語，按照下列步驟喚醒指定的進(jìn)程。

? ? ① 從等待隊列中找到該進(jìn)程。

? ? ② 修改該進(jìn)程控制塊中的相關(guān)內(nèi)容，把等待狀態(tài)改為就緒狀態(tài)，刪除等待原語等。

? ? ③ 把進(jìn)程控制塊插入到就緒隊列中。按照就緒隊列的組織方式，把被喚醒的進(jìn)程的進(jìn)程控制塊插入到就緒隊列中。

? ? 四、進(jìn)程同步

? ? 對于相關(guān)進(jìn)程間的同步和互斥，必須進(jìn)行有效的控制。這種控制涉及幾個基本概念，即臨界資源、臨界區(qū)、進(jìn)程同步和進(jìn)程互斥。

（一）進(jìn)程同步的概念?

1. 臨界資源

? ? 在系統(tǒng)中有許多硬件或軟件資源，如打印機(jī)、公共變量等，這些資源在一段時間內(nèi)只允許一個進(jìn)程訪問或使用，這種資源稱為臨界資源。?

2. 臨界區(qū)

? ? 作為臨界資源，不論是硬件臨界資源，還是軟件臨界資源，多個并發(fā)進(jìn)程都必須互斥地訪問或使用，這時把每個進(jìn)程中訪問臨界資源的那段代碼稱為臨界區(qū)。而這些并發(fā)進(jìn)程中涉及臨界資源訪問的那些程序段稱為相關(guān)臨界區(qū)。

? ? 在臨界區(qū)之前增加一段用于檢查的代碼，這段代碼稱為進(jìn)入?yún)^(qū)。相應(yīng)地，在臨界區(qū)后面也要加入一段代碼，稱為退出區(qū)，用于將臨界資源的被訪問標(biāo)志恢復(fù)為未被訪問標(biāo)志。

3. 進(jìn)程同步

? ? 進(jìn)程同步是指多個相關(guān)進(jìn)程在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào)，這些進(jìn)程相互合作，在一些關(guān)鍵點(diǎn)上需要相互等待或相互通信。通過臨界區(qū)可以協(xié)調(diào)進(jìn)程間相互合作的關(guān)系，這就是進(jìn)程同步。

4. 進(jìn)程互斥?

? ? 進(jìn)程互斥是指當(dāng)一個進(jìn)程進(jìn)入臨界區(qū)使用臨界資源時，另一個進(jìn)程必須等待。當(dāng)占用臨界資源的進(jìn)程退出臨界區(qū)后，另一個進(jìn)程才被允許使用臨界資源。通過臨界區(qū)協(xié)調(diào)進(jìn)程間資源共享的關(guān)系，就是進(jìn)程互斥。進(jìn)程互斥是同步的一種特例。?

? ? （二）、進(jìn)程同步機(jī)制應(yīng)遵循的原則?

? ? 為了實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的同步與互斥，可以利用軟件方法，也可以在系統(tǒng)中設(shè)置專門的同步機(jī)制來協(xié)調(diào)各個進(jìn)程。但是，所有的同步機(jī)制都必須遵循以下四條原則。

1. 空閑讓進(jìn)：當(dāng)無進(jìn)程處于臨界區(qū)時，臨界資源處于空閑狀態(tài)，可以允許一個請求進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程進(jìn)入自己的臨界區(qū)，有效地使用臨界資源。

2. 忙則等待：已有進(jìn)程進(jìn)入自己的臨界區(qū)時，意味著臨界資源正被訪問，因而其他試圖進(jìn)入臨界區(qū)的進(jìn)程必須等待，以保證進(jìn)程互斥地使用臨界資源。

3. 有限等待： 對要求訪問臨界資源的進(jìn)程，應(yīng)保證該進(jìn)程在有效的時間內(nèi)進(jìn)入自己的臨界區(qū)，以免陷入“死等”狀態(tài)。

4. 讓權(quán)等待：當(dāng)進(jìn)程不能進(jìn)入自己的臨界區(qū)時，應(yīng)立即釋放處理器，以免陷入“忙等”。?

? ? （三）、進(jìn)程同步機(jī)制——鎖?

1. 鎖的概念?

? ? 在同步機(jī)制中，常用一個變量來代表臨界資源的狀態(tài)，稱它為鎖。通常用“0”表示資源可用，相當(dāng)于鎖打開。用“1”表示資源已被占用，相當(dāng)于鎖閉合。

互斥鎖：最簡單的一種線程同步方法，會阻塞線程；

自旋鎖:避免切換的一種線程同步方法，屬于“忙等待”?；

讀寫鎖：為“讀多寫少”的資源設(shè)計的線程同步方法，可以顯著提高性能；

條件變量：相對復(fù)雜的一種線程同步方法，有更靈活的使用方法。

? ? ?（四）、進(jìn)程同步機(jī)制——信號量

1. 信號量的概念

? ? 信號量是一種特殊變量，它用來表示系統(tǒng)中資源的使用情況。 ? ? 整型信號量就是一個整型變量。當(dāng)其值大于“0”時，表示系統(tǒng)中對應(yīng)可用資源的數(shù)目；當(dāng)其值小于“0”時，其絕對值表示因該類資源而被等待的進(jìn)程的數(shù)目；當(dāng)其值等于“0”時，表示系統(tǒng)中對應(yīng)資源已經(jīng)用完，并且沒有因該類資源而被等待的進(jìn)程。

2. 對信號量的操作

? ? 對于整型信號量，僅能通過兩個標(biāo)準(zhǔn)的原語操作來訪問，這兩個操作被稱為P操作、V操作，也合稱為PV操作。其中P操作在進(jìn)入臨界區(qū)前執(zhí)行，V操作在退出臨界區(qū)后執(zhí)行。

? ?利用信號量實(shí)現(xiàn)進(jìn)程同步的方法，使用PV操作的規(guī)則

?? ? （1）分清哪些是互斥問題（互斥訪問臨界資源的），哪些是同步問題（具有前后執(zhí)行順序要求的）。

? ? （2）對于互斥問題要設(shè)置互斥信號量，互斥信號量的個數(shù)只與臨界資源的種類有關(guān)。通常有幾類臨界資源就設(shè)置幾個互斥信號量，且初值為1，代表臨界資源可用。

? ? （3）對于同步問題要設(shè)置同步信號量，通常同步信號量的個數(shù)與參與同步的進(jìn)程種類有關(guān)，即同步關(guān)系涉及幾類進(jìn)程，就有幾個同步信號量。

? ? （4）在每個進(jìn)程中用于實(shí)現(xiàn)互斥的PV操作必須成對出現(xiàn)；用于實(shí)現(xiàn)同步的PV操作也必須成對出現(xiàn)，但是它們分別出現(xiàn)在不同的進(jìn)程中；在某個進(jìn)程中如果同時存在互斥與同步的P操作，則其順序不能顛倒，必須先執(zhí)行對同步信號量的P操作，再執(zhí)行對互斥信號量的P操作，但是V操作的順序沒有嚴(yán)格要求。

五、進(jìn)程通信?

進(jìn)程通信是指進(jìn)程之間的信息交換，其所交換的信息量少則幾個字節(jié)，多則成千上萬個字節(jié)，

? ? （一）、共享存儲器系統(tǒng)?

? ? 在共享存儲器系統(tǒng)中，相互通信的進(jìn)程共享某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或存儲區(qū)，進(jìn)程之間能夠通過它們進(jìn)行通信。共享存儲器系統(tǒng)又可以分為共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和共享存儲區(qū)兩種方式。

?1. 共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方式

? ? 在這種通信方式下，相互通信的進(jìn)程共用某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并通過這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)交換信息。這種方式與信號量機(jī)制相比，并沒有發(fā)生太大的變化，比較低效、復(fù)雜，只適用于傳送少量的數(shù)據(jù)。

2. 共享存儲區(qū)方式

? ? 這種通信方式是在存儲器中劃出一塊共享存儲區(qū)，相互通信的進(jìn)程可以通過對共享存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀或?qū)憗韺?shí)現(xiàn)通信。這種方式效率高，可以傳送較多的數(shù)據(jù)。

? ? （二）、消息傳遞系統(tǒng)

?? ? 在消息傳遞系統(tǒng)中，進(jìn)程間的數(shù)據(jù)交換是以消息為單位進(jìn)行的。用戶直接利用系統(tǒng)中提供的一組通信命令（原語）進(jìn)行通信，大大提高了工作效率，又簡化了程序編制的復(fù)雜性。因此，消息傳遞系統(tǒng)成為最常用的高級通信方式。

1. 直接通信方式

? ? 發(fā)送進(jìn)程使用發(fā)送原語直接將消息發(fā)送給接收進(jìn)程，并將它掛在接收進(jìn)程的消息緩沖隊列上。接收進(jìn)程使用接收原語從消息緩沖隊列中取出消息。

? ? 通常，系統(tǒng)提供兩條通信原語： ? ?

（1）發(fā)送原語：Send（Receiver，message）； ? ?

（2）接收原語：Receive（Sender，message）；

2. 間接通信方式?

? ? 發(fā)送進(jìn)程與接收進(jìn)程通過中間實(shí)體——信箱來完成通信，既可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時通信，又可以實(shí)現(xiàn)非實(shí)時通信。

? ?（1）信箱通信的操作

? ? ① 信箱的創(chuàng)建與撤銷 ? ? 進(jìn)程可以利用信箱創(chuàng)建原語來建立一個新信箱。創(chuàng)建進(jìn)程應(yīng)給出信箱的名字、信箱屬性等。當(dāng)信箱所屬進(jìn)程不再需要該信箱時，可用信箱撤銷原語來撤銷信箱。

? ? ② 消息的發(fā)送與接收 ? ? 相互通信的進(jìn)程利用系統(tǒng)提供的下述通信原語來實(shí)現(xiàn)消息的發(fā)送與接收。 ? ? Send（mailbox，message）：將一個消息發(fā)送到指定信箱。 ? ? Receive（mailbox，message）：從指定信箱中接收一個消息。

? ? 信箱可以由操作系統(tǒng)創(chuàng)建，也可以由用戶創(chuàng)建。創(chuàng)建者是信箱的擁有者，據(jù)此，可以把信箱分為以下三類：

? ? ① 私有信箱 ? ? 用戶進(jìn)程可以為自己建立一個新信箱，并作為進(jìn)程的一部分。信箱的擁有者有權(quán)從信箱中讀取消息，其他用戶只能將自己的消息發(fā)送到該信箱中。

? ? ② 公用信箱 ? ? 它由操作系統(tǒng)創(chuàng)建，并提供給系統(tǒng)中所有核準(zhǔn)的用戶進(jìn)程使用。核準(zhǔn)的進(jìn)程既可以把消息發(fā)送到該信箱，又可以從信箱中取出發(fā)送給自己的消息。

? ? ③ 共享信箱 ? ? 它實(shí)際上是某種進(jìn)程創(chuàng)建的私有信箱。在創(chuàng)建時或創(chuàng)建后，又指明它是可以共享的，同時指出共享進(jìn)程（用戶）的名字，此時就成為共享信箱。?

? ?（3）通信進(jìn)程間的關(guān)系?

? ? ① 一對一關(guān)系 ? ? 在一個發(fā)送進(jìn)程和一個接收進(jìn)程之間建立一條專用的通信通道，使它們之間的通信不受其他進(jìn)程的影響。

? ? ② 多對一關(guān)系 ? ? 允許提供服務(wù)的一個接收進(jìn)程與多個用戶發(fā)送進(jìn)程之間進(jìn)行通信，也稱為客戶機(jī)/服務(wù)器方式。

? ? ③ 一對多關(guān)系 ? ? 允許一個發(fā)送進(jìn)程與多個接收進(jìn)程進(jìn)行通信，使發(fā)送進(jìn)程可以用廣播形式向一組或全部接收者發(fā)送消息。

? ? ④ 多對多關(guān)系 ? ? 允許建立一個公用信箱，讓多個進(jìn)程既可以把消息發(fā)送到該信箱，又可以從信箱中取出發(fā)送給自己的消息。?

? ? （三）、管道通信系統(tǒng)?

? ? 所謂管道是指連接讀進(jìn)程和寫進(jìn)程的，用于實(shí)現(xiàn)它們之間通信的共享文件。向管道提供輸入的發(fā)送進(jìn)程（寫進(jìn)程）以字符流的形式將大量數(shù)據(jù)送入管道，而接受管道輸出的接收進(jìn)程（讀進(jìn)程）可以從管道中接收數(shù)據(jù)。由于發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程是利用管道進(jìn)行通信的，故稱為管道通信方式。這種方式首創(chuàng)于UNIX系統(tǒng)，因?yàn)樗軅魉痛罅康臄?shù)據(jù)，又非常有效，所以又被引入到許多操作系統(tǒng)中。?

六、處理機(jī)調(diào)度?

?? ? 一、進(jìn)程調(diào)度算法的選取原則

1. 面向用戶的原則

?? ?（1）周轉(zhuǎn)時間短

? ?（2）響應(yīng)時間快

? ?（3）截止時間有保證

? ?（4）優(yōu)先權(quán)原則

2. 面向系統(tǒng)的原則

?? ?（1）系統(tǒng)吞吐量高

? ?（2）處理器利用率高

? ?（3）各類資源的平衡利用

? ? 二、常用的進(jìn)程調(diào)度算法

? ? 衡量調(diào)度算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是比較不同算法下的周轉(zhuǎn)時間（或帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間）和平均周轉(zhuǎn)時間（或平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間）。平均周轉(zhuǎn)時間短或平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間短的就是好算法。

1.先來先服務(wù)調(diào)度算法（FCFS）?

? ? 先來先服務(wù)調(diào)度算法是一種最簡單的調(diào)度算法，系統(tǒng)開銷最少。 ? ? 當(dāng)系統(tǒng)采用這種調(diào)度算法時，系統(tǒng)從就緒隊列中選擇一個最先進(jìn)入就緒隊列的進(jìn)程，把處理器分配給該進(jìn)程，使之得到執(zhí)行。進(jìn)程一旦占有了處理器，就一直運(yùn)行下去，直到完成或因發(fā)生某種事件而等待，才退出處理器。?

? ? 先來先服務(wù)調(diào)度算法的裁決模式是非搶占式的，優(yōu)先權(quán)函數(shù)=花費(fèi)在系統(tǒng)中的實(shí)際時間，仲裁規(guī)則是隨機(jī)的。這種調(diào)度算法有利于長進(jìn)程，而不利于短進(jìn)程?

2.短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法（SPF）?

? ? 短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法是從就緒隊列中選擇一個運(yùn)行時間最短的進(jìn)程，將處理器分配給該進(jìn)程，使之占有處理器并運(yùn)行。直到該進(jìn)程完成或因發(fā)生某種事件而等待，才退出處理器。?

? ? 短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法的裁決模式是非搶占式的，優(yōu)先權(quán)函數(shù)＝-運(yùn)行時間，仲裁規(guī)則是按照時間先后順序或隨機(jī)方式。這種調(diào)度算法照顧到了系統(tǒng)中的短進(jìn)程，有效地降低了進(jìn)程的平均等待時間，提高了系統(tǒng)的吞吐量。但是，這種算法對長進(jìn)程不利。?

? ? 雖然短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法對短進(jìn)程很好，但是也存在不容忽視的缺點(diǎn)：?

1. 該算法對長進(jìn)程非常不利。
2. 該算法和先來先服務(wù)調(diào)度算法一樣，不能保證緊急進(jìn)程得到及時的處理。
3. 進(jìn)程調(diào)度的依據(jù)是用戶提供的估計運(yùn)行時間，致使該算法不一定能真正做到短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度。?

3.最短剩余時間優(yōu)先調(diào)度算法（SRT）?

? ? 最短剩余時間優(yōu)先調(diào)度算法是短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法的搶占式的動態(tài)版本。它將CPU分配給需要最少時間來完成的進(jìn)程。?

? ? 最短剩余時間優(yōu)先調(diào)度算法的裁決模式是搶占式的，優(yōu)先權(quán)函數(shù)是動態(tài)的，隨著進(jìn)程運(yùn)行和完成時間的減少而增加，仲裁規(guī)則是按照時間先后順序或隨機(jī)方式。這種調(diào)度算法充分照顧到了剩余運(yùn)行時間短的進(jìn)程。?

4.時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法（RR）?

? ? 在該算法中，系統(tǒng)將所有的就緒進(jìn)程按照進(jìn)入就緒隊列的先后次序排列。每次調(diào)度時把CPU分配給隊首進(jìn)程，讓其運(yùn)行一個時間片。當(dāng)時間片用完，由計時器發(fā)出時鐘中斷，調(diào)度程序暫停該進(jìn)程的運(yùn)行，使其退出處理器，并將它送到就緒隊列的末尾，等待下一輪調(diào)度運(yùn)行。然后，把CPU分配給就緒隊列中新的隊首進(jìn)程，同時也讓它運(yùn)行一個時間片。這樣就可以保證就緒隊列中的所有進(jìn)程在一定的時間（可以接受的等待時間）內(nèi)均能獲得一個時間片的運(yùn)行時間。?

? ? 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法的裁決模式是面向時間片的，所有就緒進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)函數(shù)值相同，仲裁規(guī)則是輪轉(zhuǎn)規(guī)則。這種調(diào)度算法適用于交互進(jìn)程的調(diào)度。?

? ? 在時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法中，時間片的大小對系統(tǒng)的性能有很大影響。因此，時間片的大小要適當(dāng)，通常要考慮到以下幾個因素：?

? ? ① 系統(tǒng)對響應(yīng)時間的要求 ? ? 作為分時系統(tǒng)首先必須滿足系統(tǒng)對響應(yīng)時間的要求。響應(yīng)時間與進(jìn)程數(shù)目和時間片成正比。?

? ? ② 就緒隊列中進(jìn)程的數(shù)目 ? ? 在分時系統(tǒng)中，就緒隊列上的進(jìn)程數(shù)目是隨著在終端上機(jī)的用戶數(shù)目而改變的。時間片的大小應(yīng)反比于分時系統(tǒng)所配置的終端數(shù)目。?

? ? ③ 系統(tǒng)的處理能力 ? ? 系統(tǒng)的處理能力是必須保證用戶鍵入的常用命令能在一個時間片內(nèi)處理完畢，否則將無法取得滿意的響應(yīng)時間。?

5.優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法?

? ? 為了使緊迫型進(jìn)程獲得優(yōu)先處理，引入了優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法，也稱為外部優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法。它是從就緒隊列中選擇一個優(yōu)先權(quán)最高的進(jìn)程，讓其獲得處理器并運(yùn)行。?

? ? 優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法的裁決模式是搶占式的或非搶占式的，優(yōu)先權(quán)函數(shù)是用戶或系統(tǒng)賦給它的優(yōu)先權(quán)，仲裁規(guī)則是隨機(jī)的或先進(jìn)先出的。?

? ? 對于優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法，其關(guān)鍵在于是采用靜態(tài)優(yōu)先權(quán)，還是動態(tài)優(yōu)先權(quán)，以及如何確定進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)。?

6.響應(yīng)比高者優(yōu)先調(diào)度算法（HRRN）?

? ? 響應(yīng)比高者優(yōu)先調(diào)度算法是一個比較折中的算法，它是從就緒隊列中選擇一個響應(yīng)比最高的進(jìn)程，讓其獲得處理器并運(yùn)行，直到該進(jìn)程完成或因等待某種事件而退出處理器為止。?

響應(yīng)比=響應(yīng)時間/要求服務(wù)時間=等待時間/要求服務(wù)時間?

? ? 響應(yīng)比高者優(yōu)先調(diào)度算法的裁決模式是非搶占式的，優(yōu)先權(quán)函數(shù)=響應(yīng)比，仲裁規(guī)則是隨機(jī)或按照先后次序。這種調(diào)度算法既照顧了短進(jìn)程，又考慮了進(jìn)程到達(dá)的先后次序，也不會使長進(jìn)程長時間得不到服務(wù)。因此，它是一個考慮比較全面的算法。但是每次進(jìn)行調(diào)度時，它都需要對各個進(jìn)程計算響應(yīng)比，所以系統(tǒng)開銷很大，比較復(fù)雜。?

? ? 三、常用的作業(yè)調(diào)度算法?

? ? ① 先來先服務(wù)調(diào)度算法 ? ? 按作業(yè)到達(dá)系統(tǒng)的先后次序進(jìn)行的調(diào)度。該算法優(yōu)先考慮在系統(tǒng)中等待時間最長的作業(yè)。這種算法容易實(shí)現(xiàn)，但效率比較低，而且沒有考慮到緊迫作業(yè)和短作業(yè)。?

? ? ② 短作業(yè)優(yōu)先調(diào)度算法 ? ? 從作業(yè)的后備隊列中挑選運(yùn)行時間最短的作業(yè)作為下一個調(diào)度運(yùn)行對象。這種算法容易實(shí)現(xiàn)，且效率較高，但未考慮長作業(yè)的利益。 ? ??

? ? ③ 響應(yīng)比高者優(yōu)先調(diào)度算法 ? ? 為了更有效地提高系統(tǒng)的利用率，可以采用響應(yīng)比高者優(yōu)先調(diào)度算法。響應(yīng)比高者優(yōu)先調(diào)度算法既照顧到了短作業(yè)和長作業(yè)，又照顧到等待時間長的作業(yè)，但對要求運(yùn)行緊迫的作業(yè)，沒有充分考慮到。?

? ? ④ 優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法????????? 優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法是根據(jù)作業(yè)確定的優(yōu)先權(quán)來選取作業(yè)，每次總是選取優(yōu)先權(quán)最高的作業(yè)。在優(yōu)先權(quán)調(diào)度算法中，為了照顧緊迫作業(yè)的運(yùn)行，可能使某些系統(tǒng)資源閑置，系統(tǒng)資源的利用率沒有充分地發(fā)揮。?

? ? ⑤ 分類調(diào)度算法????????? 分類調(diào)度算法是根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況和作業(yè)屬性將作業(yè)分類，作業(yè)調(diào)度時輪流從這些不同的作業(yè)類中挑選作業(yè)。分類調(diào)度算法雖然可以均衡使用各類資源，但是需要為不同類型的作業(yè)設(shè)置隊列，增加了系統(tǒng)開銷。?

? ? （1）先來先服務(wù)算法。作業(yè)的執(zhí)行情況如下表所示：?

? ? 作業(yè)的執(zhí)行順序?yàn)椋篔1，J2，J3，J4。 ? ? 平均周轉(zhuǎn)時間=(1.0+0.67+0.7+0.63)/4=0.75小時 ? ? 平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間=(1.0+1.34+3.5+6.3)/4=3.035小時?

? ? （2）短作業(yè)優(yōu)先算法。作業(yè)的執(zhí)行情況如下表所示：?

? ? 作業(yè)的執(zhí)行順序?yàn)椋篔1，J3，J4，J2。 ? ? 平均周轉(zhuǎn)時間=(1.0+0.97+0.2+0.13)/4 = 0.575小時 ? ? 平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間=(1.0+1.94+1.0+1.3)/4 = 1.31小時?

? ? （3）響應(yīng)比高者優(yōu)先算法。作業(yè)的執(zhí)行情況如下表所示：?

?? ? 作業(yè)的執(zhí)行順序?yàn)椋篔1，J2，J4，J3。 ? ? 平均周轉(zhuǎn)時間=(1.0+0.67+0.8+0.43)/4=0.725小時 ? ? 平均帶權(quán)周轉(zhuǎn)時間=(1.0+1.34+4+4.3)/4=2.66小時

? ? 四、死鎖的基本概念?

1. 死鎖的概念?

? ? 死鎖是指多個進(jìn)程因競爭資源而造成的一種僵局現(xiàn)象，若無外力的作用，這些進(jìn)程都不能繼續(xù)運(yùn)行。?

2. 死鎖的原因?

? ?（1）競爭資源 ? ? 當(dāng)系統(tǒng)中供多個進(jìn)程共享的資源不足以同時滿足它們的需求時，引起它們對資源的競爭而產(chǎn)生死鎖。?

? ?（2）進(jìn)程推進(jìn)順序非法 ? ? 進(jìn)程在運(yùn)行過程中如果請求和釋放資源的順序不當(dāng)，也可能會導(dǎo)致進(jìn)程死鎖。?

3. 產(chǎn)生死鎖的必要條件?

? ? 死鎖并不一定都會出現(xiàn)，如果一旦產(chǎn)生死鎖，一定會滿足下述四個必要條件。?

? ?（1）互斥條件：進(jìn)程對分配到的資源進(jìn)行排他性、獨(dú)占性使用，即在一段時間內(nèi)某資源只能由一個進(jìn)程占用

? ?（2）請求和保持條件：進(jìn)程已經(jīng)擁有并保持了至少一個資源，但是，又請求新的資源，而新請求的資源又被其他進(jìn)程占有，此時請求進(jìn)程被等待，但對已獲得的資源保持不放。

? ?（3）不可剝奪條件：進(jìn)程所占有的資源在結(jié)束之前不能被剝奪，只能在運(yùn)行結(jié)束后由自己釋放。

? ?（4）環(huán)路等待條件：在發(fā)生死鎖時，必然存在一個“進(jìn)程—資源”的環(huán)形鏈。?

4. 處理死鎖的基本方法?

? ? 死鎖并不一定都會出現(xiàn)，如果一旦產(chǎn)生死鎖，一定會滿足下述四個必要條件。?

? ?（1）預(yù)防死鎖 ? ? 預(yù)防死鎖是在進(jìn)行資源分配之前，通過設(shè)置某些資源分配的限制條件，來破壞產(chǎn)生死鎖的四個必要條件的一個或幾個。?

? ?（2）避免死鎖 ? ? 避免死鎖是在資源分配前不設(shè)置限制條件，在進(jìn)行資源分配的過程中，用某種方法對每次資源分配進(jìn)行管理，以避免某次分配使系統(tǒng)進(jìn)入不安全狀態(tài)，以至產(chǎn)生死鎖。?

? ?（3）檢測和解除死鎖 ? ? 該方法首先是通過系統(tǒng)的檢測過程及時地檢查系統(tǒng)是否出現(xiàn)死鎖，并確定與死鎖有關(guān)的進(jìn)程和資源，然后通過撤銷或掛起一些死鎖中的進(jìn)程回收相應(yīng)的資源，進(jìn)行資源的再次分配，從而將進(jìn)程死鎖狀態(tài)解除。?

? ? 七、線程技術(shù)?

1. 線程的概念?

? ? 線程是進(jìn)程中的一個實(shí)體，是被系統(tǒng)獨(dú)立調(diào)度和運(yùn)行的基本單位。線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源，只擁有少量在運(yùn)行中必不可少的資源（如程序計數(shù)器、一組寄存器和棧），但是它可以與同屬于一個進(jìn)程的其他線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源。一個線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個線程，同一進(jìn)程中的多個線程之間可以并發(fā)運(yùn)行。線程之間也會相互制約，使其在運(yùn)行中呈現(xiàn)異步性。因此，線程同樣具有就緒、運(yùn)行、等待三種基本狀態(tài)。?

2. 線程與進(jìn)程的比較?

?

3. 線程的類型?

? ?（1）系統(tǒng)級線程?

? ? 系統(tǒng)級線程是依賴于系統(tǒng)控制的，即無論是用戶進(jìn)程中的線程，還是系統(tǒng)進(jìn)程中的線程，它們的創(chuàng)建、撤銷與切換都是由系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)的。在系統(tǒng)中保留了一張線程控制塊，系統(tǒng)根據(jù)該線程控制塊來感知線程的存在，并對線程進(jìn)行控制。?

? ?（2）用戶級線程?

? ? 用戶級線程是由用戶控制的，對于用戶級線程的創(chuàng)建、撤銷與切換，都與系統(tǒng)控制無關(guān)，完全由用戶自己管理。簡單來說就是系統(tǒng)并不知道有用戶級線程的存在，在系統(tǒng)中各種控制仍然是基于進(jìn)程的。?

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