进程与线程

程序：静态的，存放在磁盘里的一系列指令
进程：动态的，程序的一次执行过程（一系列状态机）
pid:每次运行时递增的，在操作系统上可以看到这一点
PCB:进程存在的唯一标志 在内核源码中对应include/linux/sched.h中的task_struct结构体

linux内核源码
进程在内存中的地址空间

• 用户空间 数据段 程序段
• 内核空间 PCB放在这里
  进程是系统进行资源分配和调度的独立单位
  进程特征：
• 动态性 状态机的迁移
• 并发性 多个进程并发运行
• 独立性 能独立运行，独立获得资源，独立接受调度的基本单位（引入线程后就不是调度的基本单位，但还是获得资源的基本单位）
• 异步性 各并发进程运行是异步的，操作系统要提供同步机制来确保各进程间顺序性
• 结构性 每个进程都有一个PCB

进程的状态

• 创建态（NEW/新建态） 进程正在被创建 这个阶段操作系统为进程分配资源、初始化PCB
• 就绪态（READY） 进程创建完成后，便进入就绪态，处于就绪态的进程以及具备运行条件 但没有空闲cpu运行
• 运行态（RUNNING） 进程正在CPU上运行 进程运行结束，或运行过程中遇到不可修复的错误 会到终止态 时间片用完，剥夺CPU使用权，转为就绪态
• 阻塞态(Waiting/Blocked/等待态) 进程运行过程中，请求等待某个事件的发生（如通过系统调用请求打印机）打印机资源被重新分配给这个进程 进程会重新回到就绪态
• 终止态（Terminated/结束态） 程序运行结束后，执行exit系统调用 进程会进入终止态 操作系统让这个进程下CPU,并回收内存空间等资源，还要回收进程的PCB,终止完成后，进程就消失
  linux进程状态观测
  进程的组织方式：
• 链接方式
• 索引方式

进程控制

就是实现进程的状态转换 操作系统要干什么
使用原语实现 原语
原语使用关中断和开中断这两个特权指令实现，实现了原语的原子性

• 创建原语
• 撤销原语
• 阻塞原语
• 唤醒原语
• 切换原语
  切换原语会把CPU寄存器状态放到pcb里,在时间片到要运行的时候从里面恢复状态
  原语在linux内核中实现

进程通信

两个或多个进程之间产生数据交互
为什么进程通信需要操作系统支持？
出于安全考虑，进程之间的地址空间不能随意相互访问，需要操作系统的支持
通信方式：

• 共享存储 shm_open(...)申请共享区 mmap()把共享内存映射到进程地址空间

• 消息传递

  • 直接通信 使用receive send原语 在内核中有一个消息队列
  • 间接传递（信箱）通过信箱间接传递数据

• 管道通信: 与共享存储相比自由度降低，不能随意存取，有先进先出的特性

• 信号（25考纲新增）

线程

为什么要引入线程：一个进程也要同时做很多事如聊天视频传文件
带来的变化

• 线程变成了调度的基本单位，进程还是资源分配的基本单位
• 提高了并发度
• 不需要切换进程环境，减少了系统开销
  用户级线程：
• 运行在用户态，不需要操作系统管理，开销小
• 进程还是CPU调度的基本单位
  内核级线程：
• 运行在内核态，比用户级线程开销大
• 线程是CPU调度的基本单位
  组合方式：
• 一对一模型 一个用户级线程对应一个内核级线程
• 多对一模型 多个用户级线程对应一个内核级线程
• 多对多模型 n个用户级线程对应m个内核级线程==(n>m)==
  所有的内核级线程都被阻塞时，才称进程进入了阻塞态

文件管理

408大纲