Backups/CS-Notes
1
0
Fork 0
Code Issues Pull Requests Packages Projects Releases Wiki Activity

auto commit

Browse Source
This commit is contained in:
CyC2018
2019-11-02 14:39:13 +08:00
parent f77756272b
commit 058e67e0ff
159 changed files with 3185 additions and 839 deletions
Download Patch File Download Diff File Expand all files Collapse all files

75
docs/notes/计算机操作系统 - 进程管理.md
View File

@ -1,4 +1,30 @@
[TOC]
<!-- GFM-TOC -->
* [进程与线程](#进程与线程)
* [1. 进程](#1-进程)
* [2. 线程](#2-线程)
* [3. 区别](#3-区别)
* [进程状态的切换](#进程状态的切换)
* [进程调度算法](#进程调度算法)
* [1. 批处理系统](#1-批处理系统)
* [2. 交互式系统](#2-交互式系统)
* [3. 实时系统](#3-实时系统)
* [进程同步](#进程同步)
* [1. 临界区](#1-临界区)
* [2. 同步与互斥](#2-同步与互斥)
* [3. 信号量](#3-信号量)
* [4. 管程](#4-管程)
* [经典同步问题](#经典同步问题)
* [1. 读者-写者问题](#1-读者-写者问题)
* [2. 哲学家进餐问题](#2-哲学家进餐问题)
* [进程通信](#进程通信)
* [1. 管道](#1-管道)
* [2. FIFO](#2-fifo)
* [3. 消息队列](#3-消息队列)
* [4. 信号量](#4-信号量)
* [5. 共享存储](#5-共享存储)
* [6. 套接字](#6-套接字)
<!-- GFM-TOC -->
# 进程与线程
@ -10,7 +36,7 @@
下图显示了 4 个程序创建了 4 个进程，这 4 个进程可以并发地执行。
![](pics/a6ac2b08-3861-4e85-baa8-382287bfee9f.png)
<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/a6ac2b08-3861-4e85-baa8-382287bfee9f.png"/> </div><br>
## 2. 线程
@ -20,7 +46,7 @@
QQ 和浏览器是两个进程，浏览器进程里面有很多线程，例如 HTTP 请求线程、事件响应线程、渲染线程等等，线程的并发执行使得在浏览器中点击一个新链接从而发起 HTTP 请求时，浏览器还可以响应用户的其它事件。
![](pics/3cd630ea-017c-488d-ad1d-732b4efeddf5.png)
<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/3cd630ea-017c-488d-ad1d-732b4efeddf5.png"/> </div><br>
## 3. 区别
@ -42,7 +68,7 @@ QQ 和浏览器是两个进程，浏览器进程里面有很多线程，例如 H
# 进程状态的切换
<img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/ProcessState.png" width="500"/>
<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/ProcessState.png" width="500"/> </div><br>
- 就绪状态（ready）：等待被调度
- 运行状态（running）
@ -61,19 +87,19 @@ QQ 和浏览器是两个进程，浏览器进程里面有很多线程，例如 H
批处理系统没有太多的用户操作，在该系统中，调度算法目标是保证吞吐量和周转时间（从提交到终止的时间）。
**1.1 先来先服务 first-come first-serverd（FCFS）**
**1.1 先来先服务 first-come first-serverd（FCFS）**
非抢占式的调度算法，按照请求的顺序进行调度。
有利于长作业，但不利于短作业，因为短作业必须一直等待前面的长作业执行完毕才能执行，而长作业又需要执行很长时间，造成了短作业等待时间过长。
**1.2 短作业优先 shortest job first（SJF）**
**1.2 短作业优先 shortest job first（SJF）**
非抢占式的调度算法，按估计运行时间最短的顺序进行调度。
长作业有可能会饿死，处于一直等待短作业执行完毕的状态。因为如果一直有短作业到来，那么长作业永远得不到调度。
**1.3 最短剩余时间优先 shortest remaining time next（SRTN）**
**1.3 最短剩余时间优先 shortest remaining time next（SRTN）**
最短作业优先的抢占式版本，按剩余运行时间的顺序进行调度。 当一个新的作业到达时，其整个运行时间与当前进程的剩余时间作比较。如果新的进程需要的时间更少，则挂起当前进程，运行新的进程。否则新的进程等待。
@ -81,7 +107,7 @@ QQ 和浏览器是两个进程，浏览器进程里面有很多线程，例如 H
交互式系统有大量的用户交互操作，在该系统中调度算法的目标是快速地进行响应。
**2.1 时间片轮转**
**2.1 时间片轮转**
将所有就绪进程按 FCFS 的原则排成一个队列，每次调度时，把 CPU 时间分配给队首进程，该进程可以执行一个时间片。当时间片用完时，由计时器发出时钟中断，调度程序便停止该进程的执行，并将它送往就绪队列的末尾，同时继续把 CPU 时间分配给队首的进程。
@ -90,15 +116,15 @@ QQ 和浏览器是两个进程，浏览器进程里面有很多线程，例如 H
- 因为进程切换都要保存进程的信息并且载入新进程的信息，如果时间片太小，会导致进程切换得太频繁，在进程切换上就会花过多时间。
- 而如果时间片过长，那么实时性就不能得到保证。
![](pics/8c662999-c16c-481c-9f40-1fdba5bc9167.png)
<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/8c662999-c16c-481c-9f40-1fdba5bc9167.png"/> </div><br>
**2.2 优先级调度**
**2.2 优先级调度**
为每个进程分配一个优先级，按优先级进行调度。
为了防止低优先级的进程永远等不到调度，可以随着时间的推移增加等待进程的优先级。
**2.3 多级反馈队列**
**2.3 多级反馈队列**
一个进程需要执行 100 个时间片，如果采用时间片轮转调度算法，那么需要交换 100 次。
@ -108,7 +134,7 @@ QQ 和浏览器是两个进程，浏览器进程里面有很多线程，例如 H
可以将这种调度算法看成是时间片轮转调度算法和优先级调度算法的结合。
![](pics/042cf928-3c8e-4815-ae9c-f2780202c68f.png)
<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/042cf928-3c8e-4815-ae9c-f2780202c68f.png"/> </div><br>
## 3. 实时系统
@ -139,12 +165,12 @@ QQ 和浏览器是两个进程，浏览器进程里面有很多线程，例如 H
信号量（Semaphore）是一个整型变量，可以对其执行 down 和 up 操作，也就是常见的 P 和 V 操作。
- **down** : 如果信号量大于 0 ，执行 -1 操作；如果信号量等于 0，进程睡眠，等待信号量大于 0；
- **up** ：对信号量执行 +1 操作，唤醒睡眠的进程让其完成 down 操作。
- **down** : 如果信号量大于 0 ，执行 -1 操作；如果信号量等于 0，进程睡眠，等待信号量大于 0；
- **up** ：对信号量执行 +1 操作，唤醒睡眠的进程让其完成 down 操作。
down 和 up 操作需要被设计成原语，不可分割，通常的做法是在执行这些操作的时候屏蔽中断。
如果信号量的取值只能为 0 或者 1，那么就成为了 **互斥量（Mutex）** ，0 表示临界区已经加锁，1 表示临界区解锁。
如果信号量的取值只能为 0 或者 1，那么就成为了 **互斥量（Mutex）** ，0 表示临界区已经加锁，1 表示临界区解锁。
```c
typedef int semaphore;
@ -162,7 +188,7 @@ void P2() {
}
```
<font size=3> **使用信号量实现生产者-消费者问题** </font> </br>
<font size=3> **使用信号量实现生产者-消费者问题** </font> </br>
问题描述：使用一个缓冲区来保存物品，只有缓冲区没有满，生产者才可以放入物品；只有缓冲区不为空，消费者才可以拿走物品。
@ -227,9 +253,9 @@ end monitor;
管程有一个重要特性：在一个时刻只能有一个进程使用管程。进程在无法继续执行的时候不能一直占用管程，否则其它进程永远不能使用管程。
管程引入了 **条件变量** 以及相关的操作：**wait()** 和 **signal()** 来实现同步操作。对条件变量执行 wait() 操作会导致调用进程阻塞，把管程让出来给另一个进程持有。signal() 操作用于唤醒被阻塞的进程。
管程引入了 **条件变量** 以及相关的操作：**wait()** 和 **signal()** 来实现同步操作。对条件变量执行 wait() 操作会导致调用进程阻塞，把管程让出来给另一个进程持有。signal() 操作用于唤醒被阻塞的进程。
<font size=3> **使用管程实现生产者-消费者问题** </font><br>
<font size=3> **使用管程实现生产者-消费者问题** </font><br>
```pascal
// 管程
@ -427,7 +453,7 @@ void reader()
## 2. 哲学家进餐问题
![](pics/a9077f06-7584-4f2b-8c20-3a8e46928820.jpg)
<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/a9077f06-7584-4f2b-8c20-3a8e46928820.jpg"/> </div><br>
五个哲学家围着一张圆桌，每个哲学家面前放着食物。哲学家的生活有两种交替活动：吃饭以及思考。当一个哲学家吃饭时，需要先拿起自己左右两边的两根筷子，并且一次只能拿起一根筷子。
@ -521,7 +547,7 @@ int pipe(int fd[2]);
- 只支持半双工通信（单向交替传输）；
- 只能在父子进程或者兄弟进程中使用。
![](pics/53cd9ade-b0a6-4399-b4de-7f1fbd06cdfb.png)
<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/53cd9ade-b0a6-4399-b4de-7f1fbd06cdfb.png"/> </div><br>
## 2. FIFO
@ -535,7 +561,7 @@ int mkfifoat(int fd, const char *path, mode_t mode);
FIFO 常用于客户-服务器应用程序中，FIFO 用作汇聚点，在客户进程和服务器进程之间传递数据。
![](pics/2ac50b81-d92a-4401-b9ec-f2113ecc3076.png)
<div align="center"> <img src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/2ac50b81-d92a-4401-b9ec-f2113ecc3076.png"/> </div><br>
## 3. 消息队列
@ -560,3 +586,10 @@ FIFO 常用于客户-服务器应用程序中，FIFO 用作汇聚点，在客户
## 6. 套接字
与其它通信机制不同的是，它可用于不同机器间的进程通信。
<div align="center"><img width="320px" src="https://cs-notes-1256109796.cos.ap-guangzhou.myqcloud.com/githubio/公众号二维码-1.png"></img></div>