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进程与线程
2.1.1+2.1.2进程的概念、组成和特征
进程的概念
1.进程是系统当中正在运行的程序，是程序的一次执行过程。
2.进程和程序的区别：程序是静态的，存放在磁盘中的可执行文件；进程是动态的，是程序的执行过程。
3.进程的唯一标识：操作系统为每个进程分配一个唯一的进程ID（PID）
进程ID和进程信息
1.PID：进程ID，是操作系统的身份证号，唯一且不重复。
2.进程信息：操作系统记录各个进程的CPU使用时间、用户ID、内存使用情况、磁盘访问情况和网络流量使用情况。
3.PCB：进程控制块，包含进程的描述信息、控制和管理信息、资源分配情况和处理机相关信息。
进程的组成
1.PCB：进程控制块，是操作系统管理进程所需的数据结构，包含进程的描述信息、控制和管理信息、资源分配情况和处理机相关信息。
2.程序段：包含程序的指令序列，是进程执行的代码。
3.数据段：存放程序运行过程中使用的数据，如变量值。
4.进程实体：是进程在动态执行过程中的快照，由PCB、程序段和数据段组成。
进程的特征
1.动态性：进程是动态产生、变化和消亡的。
2.并发性：内存中同时存在多个进程实体，可以并发执行。
3.独立性：进程能够独立运行、独立获得资源和独立接受调度。
4.异步性：并发执行的进程以不可预知的速度向前推进，结果不确定。
5.结构性：每个进程都由PCB、程序段和数据段组成。
2.1.3进程的状态与转换
进程的状态
1.进程的状态包括创建态、就绪态、运行态、阻塞态和终止态。
2.创建态：进程正在被创建，操作系统分配系统资源并初始化PCB。
3.就绪态：进程具备运行条件，等待CPU空闲。
4.运行态：进程正在CPU上运行。
5.阻塞态：进程等待某个事件发生。
6.终止态：进程运行结束，操作系统回收资源并撤销PCB。
进程状态的转换
1.创建态：进程被创建，分配资源并初始化PCB。
2.就绪态：进程具备运行条件，等待CPU空闲。
3.运行态：进程在CPU上运行。
4.阻塞态：进程等待某个事件发生。
5.终止态：进程运行结束，回收资源并撤销PCB。
进程的组织方式
1.链式方式：操作系统管理队列，每个队列指向相应状态的进程PCB。
2.阻塞队列：根据阻塞原因不同，分为多个阻塞队列。
3.索引方式：操作系统建立索引表，每个索引表指向相应的PCB。
4.大多数操作系统使用链式方式组织进程PCB。
进程状态和转换的高频考点
1.进程的状态和状态转换是考研高频考点。
2.理解进程的状态和转换对于操作系统原理的学习至关重要。
2.1.4进程控制
进程控制概述
1.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。
2.进程控制包括创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换等功能。
3.进程控制的核心是实现进程的状态转换。
进程控制的实现
1.进程控制用原语来实现。
2.原语是操作系统内核中的特殊程序，具有原子性。
3.原语的执行必须一气呵成，中间不可被中断。
进程状态转换的原子性
1.进程状态转换的过程需要一气呵成。
2.操作系统内核程序在状态转换过程中需要执行两件事情：更新PCB中的状态变量和将PCB从阻塞队列移到就绪队列。
3.如果状态转换过程被中断，可能导致PCB中的状态信息与队列信息不一致。
原语的实现方式
1.原语的实现需要关中断和开中断这两个特权指令。
2.关中断指令执行后，CPU不再例行检查中断信号。
3.开中断指令执行后，CPU恢复例行检查中断信号。
4.关中断和开中断之间的指令序列执行一气呵成，不可被中断。
进程创建原语
1.创建原语用于实现进程的创建。
2.创建原语的工作包括申请空白PCB、分配资源、初始化PCB、将PCB插入就绪队列。
3.进程创建事件包括用户登录、作业调度、进程请求创建子进程。
进程撤销原语
1.撤销原语用于终止进程。
2.撤销原语的工作包括找到PCB、剥夺CPU使用权、杀死子进程、回收资源、删除PCB。
3.进程撤销事件包括进程请求终止、非法事件、外界干预。
阻塞原语和唤醒原语
1.阻塞原语用于将进程从运行态转换为阻塞态。
2.阻塞原语的工作包括找到PCB、保护进程运行现场、设置PCB为阻塞态、将PCB插入阻塞队列。
3.唤醒原语用于将进程从阻塞态转换为就绪态。
4.唤醒原语的工作包括找到PCB、将PCB从阻塞队列移除、设置为就绪态、插入就绪队列。
5.阻塞原语和唤醒原语必须是成对使用。
切换原语
1.切换原语用于在进程之间进行切换。
2.切换原语的工作包括保存当前进程的运行环境信息、将PCB移到就绪队列、选择新进程、更新PCB内容、恢复新进程的运行环境。
3.切换原语实现进程状态的转换。
进程的运行环境
1.进程的运行环境包括寄存器中的中间结果。
2.当进程下处理机时，运行环境信息保存到PCB中。
3.当进程重新回到CPU运行时，从PCB中恢复运行环境。
4.保存和恢复进程运行环境是实现进程并发执行的关键技术。
2.1.5进程通讯(IPC)
进程间通信概述
1.进程间通信指两个或多个进程之间进行数据交互。
2.系统中可能同时存在多个进程，它们需要相互配合工作，因此进程间通信是必要的。
3.进程间通信的例子包括微博分享到微信等功能。
进程间通信的实现
1.进程间通信需要操作系统的支持。
2.操作系统分配给各个进程独立的内存地址空间。
3.进程p不能直接访问进程q的内存地址空间，出于安全考虑。
共享存储
1.共享存储允许进程申请一片共享存储区，其他进程也可以共享该区域。
2.进程p可以将数据写入共享存储区，进程q从该区域读取数据。
3.共享存储区可以被多个进程共享，用于数据交换。
共享存储的实现
1.Linux操作系统中，进程可以使用shm_open系统调用申请共享内存区。
2.进程使用mmap系统调用将共享存储区映射到自己的虚拟地址空间。
3.多个进程访问共享存储区需要保证互斥，操作系统提供同步互斥工具如pv操作。
共享存储的分类
1.基于存储区的共享：操作系统划分共享区域，进程决定如何使用该区域(高级)。
2.基于数据结构的共享：操作系统规定共享区域的数据结构，进程按格式访问(低级)。
3.基于数据结构的共享方式灵活性低，速度快；基于存储区的共享方式灵活性高，速度快。
消息传递
1.消息传递以格式化的消息为单位，通过操作系统提供的发送和接收原语进行数据交换。
2.格式化消息由消息头和消息体组成，消息头包含发送者、接收者和消息长度等信息。
3.消息传递可分为直接通信方式和间接通信方式。
直接通信方式
1.直接通信方式指发送进程明确指定接收进程的ID。
2.操作系统将消息挂接收进程的消息队列中。
3.接收进程使用接收原语指定来源进程，操作系统从消息队 列中查找并复制消息体到进程用户空间。
间接通信方式
1.间接通信方式通过信箱进行消息传递。
2.进程申请信箱，发送进程将消息发送到信箱。
3.接收进程从信箱中接收消息，操作系统复制消息体到进程用户空间。
管道通信
1.管道通信类似于水管，数据从一端写入，从另一端读出，数据流向单向的。
2.管道是操作系统提供的特殊共享文件(pipe文件)，本质上是内存中的大小固定的内存缓冲区。
3.管道通信中数据的读写是先进先出的。
管道通信的实现
1.管道只能支持半双工通信，同一时刻只能单向传输。
2.管道被写满时，写进程被阻塞；管道被读空时，读进程被阻塞。
3.多个读进程读取一个管道时，操作系统可能轮流读取，或只允许一个读进程[对此，通常
有两种解决方案：①一个管道允许多个写进程，一个读进程（2014年408真题高教社官方答案）(考试以此为准)；②允许有多个写进程，多个读进程，但系统会让各个读进程轮流从管道中读数据（Linux的方案）]。
进程间通信方式的总结
1.共享存储：操作系统分配共享内存区，映射到进程虚拟地址空间，需保证互斥访问。
2.消息传递：以格式化消息为单位，通过发送和接收原语进行数据交换，可分为直接和间接通信方式。
3.管道通信：管道是特殊共享文件，内存中的大小固定缓冲区，数据读写先进先出，支持半双工通信。
- Author:Eabor
- URL:www.Eabor.life/article/154a7e83-af7f-80aa-89ad-f2bbefca6563
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