【文章內(nèi)容簡介】 CB；進(jìn)程結(jié)束時，系統(tǒng)將撤消其PCB。 PCB ? 進(jìn)程標(biāo)識信息 ：進(jìn)程的內(nèi)部和外部標(biāo)識符 ? 處理機狀態(tài)信息 ：通用寄存器值 、 指令計數(shù)器值 、程序狀態(tài)字 PSW值 、 用戶棧指針值 ? 進(jìn)程調(diào)度信息 ：進(jìn)程狀態(tài) 、 進(jìn)程優(yōu)先權(quán) 、 進(jìn)程調(diào)度的其它信息 ? 其它信息 ：程序及數(shù)據(jù)地址 、 進(jìn)程同步和通訊機制 、 資源清單 、 鏈接指針 進(jìn)程的五狀態(tài) ? 執(zhí)行狀態(tài)（ Running） ? 就緒狀態(tài)（ Ready） ? 阻塞狀態(tài)（ Blocked） ? 新狀態(tài)（ New） ? 終止?fàn)顟B(tài)（ Terminated） 1. 新狀態(tài)： 進(jìn)程已經(jīng)創(chuàng)建，但未被 OS接納為可執(zhí)行進(jìn)程 2. 就緒狀態(tài)： 準(zhǔn)備執(zhí)行 3. 執(zhí)行狀態(tài)： 占用處理機（單處理機環(huán)境中，某一時刻僅一個進(jìn)程占用處理機） 4. 阻塞狀態(tài)： 等待某事件發(fā)生才能執(zhí)行，如等待 I/O完成等 5. 終止?fàn)顟B(tài)： 因停止或取消，被 OS從執(zhí)行狀態(tài)釋放 新建 就緒 執(zhí)行 阻塞 終止 接納 分派 /調(diào)度 時間片完 事件發(fā)生 事件等待 完成 圖 五狀態(tài)進(jìn)程模型 ? 為什么引入進(jìn)程？ ?進(jìn)程的概念 、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換 ? 為什么需要對換技術(shù)？ ? 進(jìn)程的控制 ，控制什么？如何實現(xiàn)？（執(zhí)行模式、操作系統(tǒng)內(nèi)核、原語） 問題： 多個進(jìn)程競爭內(nèi)存資源 ? 內(nèi)存資源緊張 ? 無就緒進(jìn)程，處理機空閑： I/O的速度比處理機的速度慢得多，可能出現(xiàn)全部進(jìn)程阻塞等待 I/O 解決方法 ? 采用交換技術(shù)：換出一部分進(jìn)程到外存，以騰出內(nèi)存空間 ? 采用虛擬存儲技術(shù)：每個進(jìn)程只能裝入一部分程序和數(shù)據(jù)（存儲管理部分） 對換技術(shù) ,交換技術(shù) (Swapping ） 將內(nèi)存中暫時不能運行的進(jìn)程，或暫時不用的數(shù)據(jù)和程序， 換出 到外存，以騰出足夠的內(nèi)存空間，把已具備運行條件的進(jìn)程，或進(jìn)程所需要的數(shù)據(jù)和程序， 換入 內(nèi)存。 掛起 接納 激活 就緒 /掛起 圖 具有掛起狀態(tài)的進(jìn)程模型 掛起 時間片完 新建 就緒 執(zhí)行 阻塞 終止 分派 /調(diào)度 事件發(fā)生 事件等待 完成 激活 阻塞 /掛起 事件發(fā)生 ? 為什么引入進(jìn)程？ ?進(jìn)程的概念 、結(jié)構(gòu)、狀態(tài)及其轉(zhuǎn)換 ? 為什么需要對換技術(shù)？ ? 進(jìn)程的控制 ，控制什么？如何實現(xiàn)？（執(zhí)行模式、操作系統(tǒng)內(nèi)核、原語） 兩種 執(zhí)行模式 ? 系統(tǒng)模式（又稱為系統(tǒng)態(tài)）、控制模式或內(nèi)核模式： 具有較高的特權(quán) 運行系統(tǒng)特定的指令 ,包括讀 /寫控制寄存器的指令、基本 I/O指令以及與存儲器管理有關(guān)的指令，及一些特定的內(nèi)存區(qū) 內(nèi)核模式下的處理機及其指令、寄存器和內(nèi)存都受到完全控制和保護(hù) ? 用戶模式（或用戶態(tài)） 具有較低的特權(quán) 用戶程序一般運行在用戶模式 模式切換 ? 用戶模式 系統(tǒng)模式 ：用戶程序執(zhí)行到一條系統(tǒng)調(diào)用，進(jìn)入操作系統(tǒng)內(nèi)核執(zhí)行 ? 系統(tǒng)模式 用戶模式 ：執(zhí)行完系統(tǒng)調(diào)用的功能，返回到用戶程序 ? 特殊情況：程序執(zhí)行到結(jié)束語句時，切換到系統(tǒng)模式，不再返回到用戶程序 操作系統(tǒng)內(nèi)核（ Kernel） ? 操作系統(tǒng)的核心，是基于硬件的第一層軟件擴充，提供操作系統(tǒng)最基本的功能，是操作系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)。 ? 用戶通過系統(tǒng)調(diào)用訪問操作系統(tǒng)的功能，這些功能最終都通過操作系統(tǒng)內(nèi)核實現(xiàn)。 進(jìn)程控制原語 ? 進(jìn)程切換 ? 創(chuàng)建與終止 ? 阻塞與喚醒 ? 掛起與激活 進(jìn)程調(diào)度 ? 調(diào)度的目標(biāo) 、 原則和方式 ? 調(diào)度的類型 ? 進(jìn)程調(diào)度算法 ? 實時系統(tǒng)與實時任務(wù)調(diào)度 什么是調(diào)度？ ? 調(diào)度是指，在一個隊列中，按照某種方法（算法），選擇一個合適的個體的過程。 ? 調(diào)度的關(guān)鍵是需要某種方法或算法，好的調(diào)度算法有利于選擇到合適的個體。 ? 如何判斷、設(shè)計一個好的調(diào)度算法呢？ 調(diào)度目標(biāo) ? 公平性 ， 防止進(jìn)程長期不能獲得調(diào)度而饑餓； ? 處理機利用率 ， 盡量提高處理機的利用率； ? 提高系統(tǒng)吞吐量 。 ? 盡量減少進(jìn)程的響應(yīng)時間 調(diào)度原則 ? 滿足用戶的要求 :響應(yīng)時間、周轉(zhuǎn)時間、 ? 滿足系統(tǒng)的需求 ：系統(tǒng)吞吐量、處理機利用率、各類資源的平衡使用、公平性及優(yōu)先級 進(jìn)程調(diào)度方式 根據(jù)執(zhí)行進(jìn)程的處理機是由進(jìn)程自己釋放 ， 還是被強行剝奪 ， 可以將進(jìn)程調(diào)度方式分為 非剝奪方式 和 剝奪方式 兩種 。 進(jìn)程調(diào)度 ? 調(diào)度的目標(biāo) 、 原則和方式 ? 調(diào)度的類型 ? 進(jìn)程調(diào)度算法 ? 實時系統(tǒng)與實時任務(wù)調(diào)度 調(diào)度的類型 ? 批處理調(diào)度、分時調(diào)度、實時調(diào)度和多處理機調(diào)度 ? 長程調(diào)度、中程調(diào)度、短程調(diào)度 ? I/O調(diào)度 進(jìn)程調(diào)度 ? 調(diào)度的目標(biāo) 、 原則和方式 ? 調(diào)度的類型 ? 進(jìn)程調(diào)度算法 ? 實時系統(tǒng)與實時任務(wù)調(diào)度 進(jìn)程調(diào)度算法 先來先服務(wù)（ FCFS） ? 該方法按照進(jìn)程到達(dá)的先后順序排隊 ， 每次調(diào)度隊首的進(jìn)程 。 ? FCFS算法屬于非剝奪調(diào)度方式 ， 實現(xiàn)簡單 ，看似公平 。 ? 但 ， 對于那些后進(jìn)入隊列而運行時間較短的進(jìn)程 ， 或 I/O型的進(jìn)程而言 ， 可能需要長時間等待 。 進(jìn)程調(diào)度算法 先來先服務(wù)（ FCFS） ? 對 短進(jìn)程不公平 。 ? 由于長進(jìn)程可能排在隊列前面，必將增加隊列后部進(jìn)程的等待時間，從而將 增加平均周轉(zhuǎn)時間 。 ? 不利于 I/O型進(jìn)程，未有效利用系統(tǒng)資源。 ? 一般地， FCFS與其他調(diào)度算法混合使用。例如，系統(tǒng)可以按照不同的優(yōu)先級維護(hù)多個就緒隊列，每個隊列內(nèi)部按照 FCFS算法調(diào)度。 ? FCFS算法同時適合于長程、中程和短程調(diào)度三種調(diào)度類型。 短進(jìn)程優(yōu)先 ? 當(dāng)需要調(diào)度進(jìn)程 （ 或作業(yè) ） 時 ， 通過計算判斷就緒進(jìn)程隊列中哪一個進(jìn)程的預(yù)期執(zhí)行時間最短 ， 或后備作業(yè)隊列中哪一個或幾個作業(yè)的預(yù)期執(zhí)行時間最短 ， 就調(diào)度誰 。 ? 屬于非剝奪調(diào)度算法。當(dāng)某進(jìn)程獲得處理機，直到其執(zhí)行完成，或需要等待某事件而阻塞時，才自動釋放處理機。系統(tǒng)又調(diào)度新的進(jìn)程（或作業(yè)）。 短進(jìn)程優(yōu)先 ? 與 FCFS算法比較 ， 短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法改善了系統(tǒng)的性能 ， 降低了系統(tǒng)的平均等待時間 ， 提高了系統(tǒng)的吞吐量 。 但是 ， 該算法也存在一些問題： ⑴ 很難準(zhǔn)確預(yù)測進(jìn)程的執(zhí)行時間； ⑵ 可能導(dǎo)致長進(jìn)程饑餓，這對長進(jìn)程不公平； ⑶ 采用非剝奪調(diào)度方式，未考慮進(jìn)程的緊迫程度，不適合于分時系統(tǒng)和事務(wù)處理系統(tǒng)。 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法 ? 采用基于時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度算法調(diào)度上例的 4個進(jìn)程，并分別按照兩種時間片大小輪轉(zhuǎn)調(diào)度（ 1個單位時間和 4和單位時間），分析該算法的性能。 ? 首先按照進(jìn)程到達(dá)的先后順序組織就緒隊列，即P1,P2,P3,P4。從隊首開始調(diào)度，首先調(diào)度 P1，執(zhí)行一個時間片，強行中斷 P1， P1回到就緒隊列隊尾排隊；切換到 P2，執(zhí)行一個時間片，強行中斷P2， P2回到就緒隊列隊尾排隊（排在 P1之后） … 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法 ? 采用基于時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法，進(jìn)程的周轉(zhuǎn)時間和平均周轉(zhuǎn)時間并不比采用 FCFS和短進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度算法小。 ? 加上進(jìn)程切換所需的系統(tǒng)開銷時間，該算法的平均周轉(zhuǎn)時間還會增長。 時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度法 ? 常用于分時系統(tǒng)及事務(wù)處理系統(tǒng) ， 合理的時間片大小將帶來滿意的響應(yīng)時間 。 ? 通常 ， 合理的時間片指 ， 能讓 80%左右的進(jìn)程在一個時間片內(nèi)完成 。 ? 對于短的 、 計算型的進(jìn)程較有利 。 ? 不適合于批處理系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度 ? 不利于 I/O型的進(jìn)程 。 ? 改進(jìn)的方法之一 ， 可以將 I/O阻塞事件完成的進(jìn)程單獨組織一個就緒隊列 ， 該隊列進(jìn)程的時間片可以設(shè)置的小一些 ， 且優(yōu)先調(diào)度 。 響應(yīng)比高者優(yōu)先 將進(jìn)程的等待時間和進(jìn)程的預(yù)期執(zhí)行時間納入優(yōu)先級的計算 ， 進(jìn)程 （ 預(yù)期執(zhí)行時間 ） 越長優(yōu)先級越低 ， 而隨著進(jìn)程的等待時間增長優(yōu)先級上升 ， 即進(jìn)程的優(yōu)先級與等待時間成正比 ， 與進(jìn)程執(zhí)行時間成反比 。 令 w表示等待時間 ， s表示預(yù)期執(zhí)行時間 ， 則響應(yīng)比： 響應(yīng)比高者優(yōu)先 ? 調(diào)度方法：若當(dāng)前執(zhí)行進(jìn)程執(zhí)行完畢，或需要阻塞等待某事件而釋放處理機，調(diào)度程序選擇就緒隊列中響應(yīng)比最大的進(jìn)程執(zhí)行。 ? 若等待時間相同，短進(jìn)程因為 s較小， R較大而優(yōu)先調(diào)度。若進(jìn)程的預(yù)期執(zhí)行時間相同，則等待時間長的進(jìn)程優(yōu)先調(diào)度，相當(dāng)于 FCFS。 ? 隨著等待時間的增加，長進(jìn)程的響應(yīng)比不斷增大，在某個時刻，也必然被調(diào)度。 響應(yīng)比高者優(yōu)先 ? 同短進(jìn)程優(yōu)先和剩余時間最短者優(yōu)先調(diào)度算法一樣，很難準(zhǔn)確估計進(jìn)程的預(yù)期執(zhí)行時間。 ? 每次調(diào)度之前都需要計算響應(yīng)比，增加了系統(tǒng)開銷。 線程 ? 多線程 ? 進(jìn)程與線程 ? 線程的類型：用戶級線程 、 系統(tǒng)級線程 多線程 ? 操作系統(tǒng)中引入進(jìn)程的目的是 ， 為了描述和實現(xiàn)多個程序的并發(fā)執(zhí)行 ， 以改善資源利用率及提高系統(tǒng)的吞吐量 。 ? 為什么還需要引入線程呢 ？ 這是為了減少程序并