【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 CPU時(shí)間時(shí)間 進(jìn)程組進(jìn)程組 (GID) 各種標(biāo)志位各種標(biāo)志位下次報(bào)警時(shí)間下次報(bào)警時(shí)間 真實(shí)真實(shí) UID消息隊(duì)列指針消息隊(duì)列指針 有效有效 UID掛起的信號(hào)位掛起的信號(hào)位 真實(shí)真實(shí) GID進(jìn)程標(biāo)識(shí)號(hào)進(jìn)程標(biāo)識(shí)號(hào) (PID) 有效有效 GID各種標(biāo)志位各種標(biāo)志位 信號(hào)位圖信號(hào)位圖各種標(biāo)志位各種標(biāo)志位進(jìn)程控制塊進(jìn)程控制塊單個(gè)進(jìn)程塊刻畫一個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)單個(gè)進(jìn)程塊刻畫一個(gè)進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)程控制塊的集合，則刻畫了一個(gè)操作系進(jìn)程控制塊的集合，則刻畫了一個(gè)操作系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)程控制塊的使用和修改，只能由操作系進(jìn)程控制塊的使用和修改，只能由操作系統(tǒng)內(nèi)核來完成統(tǒng)內(nèi)核來完成進(jìn)程隊(duì)列進(jìn)程隊(duì)列將處于同一狀態(tài)的所有進(jìn)程控制塊鏈接在將處于同一狀態(tài)的所有進(jìn)程控制塊鏈接在一起的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為進(jìn)程隊(duì)列一起的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱為進(jìn)程隊(duì)列便于操作系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度便于操作系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理和調(diào)度先進(jìn)先出PCB進(jìn)程隊(duì)列管理和狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意進(jìn)程隊(duì)列管理和狀態(tài)轉(zhuǎn)換示意CPU…提交 完成指派就緒隊(duì)列超時(shí)事件 1等待隊(duì)列事件 n等待隊(duì)列等待事件 1等待事件 n等待事件 2事件出現(xiàn)進(jìn)程切換與模式切換進(jìn)程切換與模式切換模式切換模式切換 ≠≠ 進(jìn)程切換進(jìn)程切換–– 模式切模式切 換換 是中斷是中斷 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 的，在用的，在用 戶態(tài)戶態(tài) 和核心和核心 態(tài)態(tài)之之 間間 切切 換換–– 進(jìn)進(jìn) 程切程切 換換 只能在核心只能在核心 態(tài)態(tài) （管理（管理 態(tài)態(tài) ）完成，是）完成，是一個(gè)一個(gè) 進(jìn)進(jìn) 程與另一個(gè)程與另一個(gè) 進(jìn)進(jìn) 程之程之 間間 的切的切 換換–– 進(jìn)進(jìn) 程切程切 換換 一定是先一定是先 產(chǎn)產(chǎn) 生模式切生模式切 換換 ，而模式切，而模式切換換 不一定不一定 導(dǎo)導(dǎo) 致致 進(jìn)進(jìn) 程切程切 換換 。 （模式切（模式切 換頻換頻 繁、繁、進(jìn)進(jìn) 程切程切 換較換較 少）少）進(jìn)程切換與模式切換進(jìn)程切換與模式切換用戶態(tài)運(yùn)行 (1)核心態(tài)運(yùn)行 (2)等待態(tài) (4) 就緒態(tài) (3)中斷引起的模式切換 模式切換中斷、中斷返回調(diào)度進(jìn)程喚醒等待用戶進(jìn)程系統(tǒng)進(jìn)程用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程 /系統(tǒng)進(jìn)程系統(tǒng)進(jìn)程用戶進(jìn)程和系統(tǒng)進(jìn)程是一個(gè)進(jìn)程的兩個(gè)側(cè)用戶進(jìn)程和系統(tǒng)進(jìn)程是一個(gè)進(jìn)程的兩個(gè)側(cè)面，對(duì)應(yīng)一個(gè)進(jìn)程實(shí)體面，對(duì)應(yīng)一個(gè)進(jìn)程實(shí)體 (PCB)– 系系 統(tǒng)進(jìn)統(tǒng)進(jìn) 程程 是在核心是在核心 態(tài)執(zhí)態(tài)執(zhí) 行操作系行操作系 統(tǒng)統(tǒng) 代代 碼碼 的的 進(jìn)進(jìn)程程– 用用 戶進(jìn)戶進(jìn) 程程 是在用是在用 戶態(tài)執(zhí)戶態(tài)執(zhí) 行用行用 戶戶 程序的程序的 進(jìn)進(jìn) 程程進(jìn)程控制進(jìn)程控制原語：原語：– 在管在管 態(tài)態(tài) 下下 執(zhí)執(zhí) 行、完成系行、完成系 統(tǒng)統(tǒng) 特定功能的特定功能的 過過 程。程。– 其其 執(zhí)執(zhí) 行不可中斷行不可中斷– 操作系操作系 統(tǒng)統(tǒng) 內(nèi)核內(nèi)核 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)– 操作系操作系 統(tǒng)統(tǒng) 用于用于 進(jìn)進(jìn) 行行 進(jìn)進(jìn) 程控制的工具程控制的工具進(jìn)程控制的內(nèi)容進(jìn)程控制的內(nèi)容進(jìn)程創(chuàng)建進(jìn)程創(chuàng)建進(jìn)程阻塞和喚醒進(jìn)程阻塞和喚醒進(jìn)程撤消（終止）進(jìn)程撤消（終止）進(jìn)程掛起和激活進(jìn)程掛起和激活進(jìn)程創(chuàng)建進(jìn)程創(chuàng)建常見原語：常見原語： fork, clone– fork, 派生，父子派生，父子 進(jìn)進(jìn) 程關(guān)系程關(guān)系– clone, 克隆，克隆， 對(duì)對(duì) 等關(guān)系等關(guān)系主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：– 申申 請(qǐng)請(qǐng) PCB– 分配分配 進(jìn)進(jìn) 程映像空程映像空 間間– 分配分配 資資 源源– 將將 進(jìn)進(jìn) 程內(nèi)容裝入分配空程內(nèi)容裝入分配空 間間– 初始化初始化 PCB，分配唯一，分配唯一 標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)– 加入就加入就 緒隊(duì)緒隊(duì) 列，或投入運(yùn)行列，或投入運(yùn)行– 通知操作系通知操作系 統(tǒng)統(tǒng) 其他模其他模 塊塊進(jìn)程阻塞與喚醒進(jìn)程阻塞與喚醒常見原語（阻塞）：常見原語（阻塞）： wait, waitpid進(jìn)程阻塞內(nèi)容：進(jìn)程阻塞內(nèi)容：– 保存保存 現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng) 到到 PCB– 修改修改 進(jìn)進(jìn) 程狀程狀 態(tài)態(tài) （運(yùn)行（運(yùn)行 →→ 等待）等待）– 將將 PCB加入相加入相 應(yīng)應(yīng) 等待等待 隊(duì)隊(duì) 列列– 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 入入 進(jìn)進(jìn) 程程 調(diào)調(diào) 度程序，度程序， 調(diào)調(diào) 度其他度其他 進(jìn)進(jìn) 程程進(jìn)進(jìn) 程程 喚喚 醒內(nèi)容：醒內(nèi)容：– 從相從相 應(yīng)應(yīng) 等待等待 隊(duì)隊(duì) 列中取出列中取出 PCB– 修改修改 進(jìn)進(jìn) 程狀程狀 態(tài)態(tài) （等待（等待 →→ 就就 緒緒 ））– PCB加入就加入就 緒隊(duì)緒隊(duì) 列列進(jìn)程撤消（終止）進(jìn)程撤消（終止）常見原語常見原語 : exit原因：原因：– 完成完成– 出出 現(xiàn)嚴(yán)現(xiàn)嚴(yán) 重異常重異常主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：– 根據(jù)根據(jù) 進(jìn)進(jìn) 程程 標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí) 號(hào)，找到相號(hào)，找到相 應(yīng)應(yīng) 的的 PCB– 將將 該進(jìn)該進(jìn) 程程 資資 源源 歸還給歸還給 父父 進(jìn)進(jìn) 程或系程或系 統(tǒng)統(tǒng)– 若有子若有子 進(jìn)進(jìn) 程，程， 則則 要撤消其所有子（要撤消其所有子（ 孫孫 ）） 進(jìn)進(jìn) 程程– PCB出出 隊(duì)隊(duì) ，將，將 PCB歸還歸還 PCB池池線程線程引入線程的動(dòng)機(jī)（原因）：引入線程的動(dòng)機(jī)（原因）：– 以以 進(jìn)進(jìn) 程程 為單為單 位的并位的并 發(fā)發(fā) 程序程序 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 效率不高：效率不高：進(jìn)進(jìn) 程程 時(shí)時(shí) 空開空開 銷銷 大大– 頻頻 繁繁 調(diào)調(diào) 度耗度耗 費(fèi)費(fèi) 大量大量 CPU時(shí)間時(shí)間– 空空 間間 （內(nèi)存（內(nèi)存 資資 源）占用大源）占用大進(jìn)進(jìn) 程通信代價(jià)高程通信代價(jià)高進(jìn)進(jìn) 程程 間間 并并 發(fā)發(fā) 粒度大粒度大– 解決思路：解決思路：將將 進(jìn)進(jìn) 程的兩程的兩 項(xiàng)項(xiàng) 功能：功能： 獨(dú)立分配獨(dú)立分配 資資 源源 、 獨(dú)立分派獨(dú)立分派 調(diào)調(diào) 度度分離分離單線程進(jìn)程與多線程進(jìn)程比較單線程進(jìn)程與多線程進(jìn)程比較用戶地址空間PCB用戶堆棧系統(tǒng)堆棧單線程進(jìn)程用戶地址空間PCB用戶堆棧系統(tǒng)堆棧多線程進(jìn)程管理者執(zhí)行控制用戶堆棧系統(tǒng)堆棧執(zhí)行控制執(zhí)行序列多線程環(huán)境下進(jìn)程與線程的定義多線程環(huán)境下進(jìn)程與線程的定義進(jìn)程：進(jìn)程：– 操作系操作系 統(tǒng)統(tǒng) 中中 進(jìn)進(jìn) 行保行保 護(hù)護(hù) 和和 資資 源分配的基本源分配的基本 單單 位位線程：線程：– 操作系操作系 統(tǒng)統(tǒng) 中能中能 夠夠 獨(dú)立獨(dú)立 執(zhí)執(zhí) 行的行的 實(shí)實(shí) 體，是體，是 處處 理器理器調(diào)調(diào) 度和分配的基本度和分配的基本 單單 位位– 輕輕 量量 級(jí)進(jìn)級(jí)進(jìn) 程程– 同一同一 進(jìn)進(jìn) 程中的所有程中的所有 線線 程共享程共享 進(jìn)進(jìn) 程程 獲獲 得的主存空得的主存空間間 和和 資資 源源線程結(jié)構(gòu)線程結(jié)構(gòu)線程控制塊 (TCB)用戶堆棧系統(tǒng)堆棧（可選）線程的特征線程的特征并發(fā)性：并發(fā)性：– 可在一個(gè)或多個(gè)可在一個(gè)或多個(gè) CPU上并上并 發(fā)發(fā) 或并行或并行 執(zhí)執(zhí) 行行共享性：共享性：– 共享共享 進(jìn)進(jìn) 程程 資資 源，通信和同步更容易源，通信和同步更容易 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)性：動(dòng)態(tài)性：– 一個(gè)一個(gè) 執(zhí)執(zhí) 行序列的行序列的 執(zhí)執(zhí) 行行 過過 程程結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)性– TCB線程的狀態(tài)與轉(zhuǎn)換線程的狀態(tài)與轉(zhuǎn)換運(yùn)行態(tài)就緒態(tài) 等待態(tài)落選選中等待結(jié)束出現(xiàn)等待事件線程的管理與實(shí)現(xiàn)線程的管理與實(shí)現(xiàn)通過提供線程包（庫(kù)）來提供一整套關(guān)于線程管通過提供線程包（庫(kù)）來提供一整套關(guān)于線程管理的原語實(shí)現(xiàn)對(duì)多線程的支持理的原語實(shí)現(xiàn)對(duì)多線程的支持基本的線程管理（控制）：基本的線程管理（控制）：– spawn 孵化孵化– block 阻塞阻塞 /封封 鎖鎖– unblock 活化活化 /恢復(fù)恢復(fù)– finish 撤消撤消線程的實(shí)現(xiàn)方式：線程的實(shí)現(xiàn)方式：– 內(nèi)核內(nèi)核 級(jí)實(shí)現(xiàn)級(jí)實(shí)現(xiàn) KLT– 用用 戶級(jí)實(shí)現(xiàn)戶級(jí)實(shí)現(xiàn) ULT– 混合混合 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)三種線程實(shí)現(xiàn)方式示意三種線程實(shí)現(xiàn)方式示意線程庫(kù)用戶級(jí)線程用戶空間P內(nèi)核空間內(nèi)核級(jí)線程線程庫(kù)混合式線程ULT KLT ProcessP PP用戶空間用戶空間內(nèi)核空間內(nèi)核空間P內(nèi)核級(jí)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)內(nèi)核級(jí)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：– 能能 夠夠 在多個(gè)在多個(gè) 處處 理器上同理器上同 時(shí)執(zhí)時(shí)執(zhí) 行多個(gè)行多個(gè) 線線 程程– 某個(gè)某個(gè) 進(jìn)進(jìn) 程中一個(gè)程中一個(gè) 線線 程被阻塞，不會(huì)影響其他程被阻塞，不會(huì)影響其他 線線程的運(yùn)行程的運(yùn)行缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：– 線線 程程 間間 的切的切 換換 代價(jià)高，需要涉及兩次模式切代價(jià)高，需要涉及兩次模式切 換換用戶級(jí)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)用戶級(jí)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：– 線線 程切程切 換換 不涉及模式切不涉及模式切 換換 （代價(jià)?。ù鷥r(jià)?。┄C 調(diào)調(diào) 度算法的度算法的 選擇較選擇較 靈活靈活缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：– 同一同一 進(jìn)進(jìn) 程的多個(gè)程的多個(gè) 線線 程不能同程不能同 時(shí)時(shí) 在多個(gè)在多個(gè) 處處 理器上理器上運(yùn)行運(yùn)行– 一個(gè)一個(gè) 線線 程的阻塞將程的阻塞將 導(dǎo)導(dǎo) 致整個(gè)致整個(gè) 進(jìn)進(jìn) 程的阻塞程的阻塞混合型實(shí)現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)混合型實(shí)現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：– 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 得當(dāng)，將可得當(dāng)，將可 結(jié)結(jié) 合前兩者的合前兩者的 優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)，并避開其點(diǎn)，并避開其缺點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：– 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 不當(dāng)，將不當(dāng)，將 產(chǎn)產(chǎn) 生更差的效果生更差的效果并發(fā)多線程程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)并發(fā)多線程程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)易于實(shí)現(xiàn)多個(gè)活動(dòng)間的通信易于實(shí)現(xiàn)多個(gè)活動(dòng)間的通信更低的管理開銷更低的管理開銷I/O密集型應(yīng)用能獲得更好的性能密集型應(yīng)用能獲得更好的性能能更好地利用多（核）處理器，加快程序能更好地利用多（核）處理器，加快程序執(zhí)行執(zhí)行處理