【正文】 d）， 限制了并發(fā)程度的進一步提高。 因此，將進程獨立性的兩個屬性分開，引入了線程。* 計算機操作系統(tǒng)線程的概念線程的概念 線程線程 ， 是進程中的一個實體，是能被系統(tǒng)獨立調(diào)度和分派的基本單位。線程的性質(zhì)：線程的性質(zhì)：216。 有執(zhí)行狀態(tài)216。 不運行時保存上下文216。 有一個執(zhí)行棧216。 有一些局部變量的靜態(tài)存儲216。 可存取所在進程的內(nèi)存和其他資源216。 可以創(chuàng)建、撤消另一個線程 * 計算機操作系統(tǒng)線程的概念線程的概念線程的基本組成：（以線程的基本組成：（以 NT為例）為例） 唯一的標識：稱為客戶 ID； 一組處理機狀態(tài)寄存器； 分別在用戶態(tài)和核心態(tài)下使用的兩個堆棧； 一個私用寄存器；線程的優(yōu)點：線程的優(yōu)點： 系統(tǒng)開銷??； 增加了通訊的有效性； 方便和簡化了用戶的程序結(jié)構(gòu)工作； * 計算機操作系統(tǒng)P C B 用戶棧單 線程進程模型用戶地址空間核心棧線程控制塊：包含了寄存器映像，線程優(yōu)先數(shù)和線程狀態(tài)信息。Date 計算機操作系統(tǒng)例子 1 前臺和后臺工作情況應用文件編輯程序，當用戶在前臺進行修改工作時，一個線程 顯示菜單，并讀入用戶修改工作；另一個線程 負責執(zhí)行文件下一段落的輸入和分析審查工作；第三個線程 負責打印或備份工作；考慮一個應用：由幾個獨立部分組成，這幾個部分不需要順序執(zhí)行，則每個部分可以以線程方式實現(xiàn)；當一個線程因 I/O阻塞時，可以切換到同一應用的另一個線程Date 計算機操作系統(tǒng)P C B多線程進程模型用戶地址空間用戶棧核心棧線程控制塊用戶棧核心棧線程控制塊用戶棧核心棧線程控制塊Date 計算機操作系統(tǒng)輕型進程輕型進程 ： (LightWeight Process) 線程線程重型進程重型進程 ： (HeavyWeight Process ) 進程進程比較線程與進程可從比較線程與進程可從 4個方面：個方面：調(diào)度：、調(diào)度： 同一進程中線程的切換不會引起進程切換 ；；并發(fā)性：、并發(fā)性： 線程與線程、進程與進程都可并發(fā)執(zhí)行：系統(tǒng)開銷：、系統(tǒng)開銷： 線程的開銷遠小于進程，且容易實現(xiàn)通信、同步；擁有資源：、擁有資源： 線程共享進程的資源，自己不擁有；* 計算機操作系統(tǒng)線程與進程的關系線程：進程 特點 例子1:1 每一執(zhí)行的線程是有自己的地址空間和資源的唯一進程 .各種 UNIX版本M:1 進程定義了所擁有的地址空間和動態(tài)資源。在該進程中多個線程可被創(chuàng)建和執(zhí)行 .Windows NT, Solaris, OS/2,OS/390, MACHDate 計算機操作系統(tǒng)*用戶級線程用戶級線程 (UserLevel Thread):對該類線程的創(chuàng)建、切換由用戶完成，不利用系統(tǒng)調(diào)用。系統(tǒng)未建立該線程的控制塊，不知道其存在。*內(nèi)核支持線程內(nèi)核支持線程 (KernelSupported Thread):該類線程依賴于內(nèi)核，由內(nèi)核管理、控制。比較：比較： 調(diào)度與切換速度、調(diào)度與切換速度 ：用戶級線程由于無須通過中斷進入內(nèi)核，故簡單、速度快； 系統(tǒng)調(diào)用、系統(tǒng)調(diào)用 ：用戶級線程系統(tǒng)調(diào)用時，整個進程阻塞；而內(nèi)核級則僅阻塞該線程； 執(zhí)行時間、執(zhí)行時間 ：用戶級以進程為單位；內(nèi)核級以線程為單位分配； OVER* 計算機操作系統(tǒng)用戶級線程的優(yōu)點和缺點：167。 調(diào)度是應用程序特定的：可以選擇最好的算法；優(yōu)點：167。 線程切換不調(diào)用核心；167。 ULT可運行在任何操作系統(tǒng)上（只需要線程庫）；167。 大多數(shù)系統(tǒng)調(diào)用是阻塞的，因此核心阻塞進程，故進程中所有線程將被阻塞；缺點：167。 核心只將處理器分配給進程，同一進程中的兩個線程不能同時運行于兩個處理器上。167。 饑餓問題 —— 當 I/O完成中斷發(fā)生，進程又被調(diào)度運行，有可能導致線程獨自壟斷 CPU；Date 計算機操作系統(tǒng)*內(nèi)核支持線程內(nèi)核支持線程 (KernelSupported Thread):該類線程依賴于內(nèi)核，由內(nèi)核管理、控制。特點：特點：167。所有線程管理由核心完成167。沒有線程庫，但對核心線程工具提供 API167。核心維護進程和線程的上下文167。線程之間的切換需要核心支持167。以線程為基礎進行調(diào)度例子： Windows NT， OS/2Date 計算機操作系統(tǒng)核心級線程的優(yōu)點和缺點：167。 阻塞是在線程一級完成優(yōu)點：167。 對多處理器，核心可以同時調(diào)度同一進程的多個線程167。 核心例程是多線程的167。 在同一進程內(nèi)的線程切換調(diào)用內(nèi)核，導致速度下降缺點：Date 計算機操作系統(tǒng)調(diào)度與切換速度、調(diào)度與切換速度 ：用戶級線程由于無須通過中斷 進入內(nèi)核，故簡單、速度快；系統(tǒng)調(diào)用、系統(tǒng)調(diào)用 ：用戶級線程系統(tǒng)調(diào)用時，整個進程阻 塞；而內(nèi)核級則僅阻塞該線程；執(zhí)行時間、執(zhí)行時間 ：用戶級以進程為單位；內(nèi)核級以線程 為單位分配；用戶級線程和內(nèi)核支持線程用戶級線程和內(nèi)核支持線程 比較比較Date 計算機操作系統(tǒng)ULT和 KLT結(jié)合方法：167。 大量線程調(diào)度和同步在用戶空間完成167。 線程創(chuàng)建在用戶空間完成167。 程序員可以調(diào)整 KLT的數(shù)量167。 可以取兩者中最好的167。 例子： SolarisDate 計算機操作系統(tǒng)分派喚醒繼續(xù)搶占停止可運行睡眠睡眠停止停止停止用戶級線程活躍連接在 LWP 上Date 計算機操作系統(tǒng)Date 計算機操作系統(tǒng)PROBLEMS2創(chuàng)建進程原語 Creat()主要完成哪些工作？處理機調(diào)度有幾種類型？各類調(diào)度完成哪些工作？進程為何要設置掛起及解掛兩種工作狀態(tài)？為什么說 PCB是進程存在的唯一標志？保證 “ 原語 ” 執(zhí)行時的不被分割，是為了提高其執(zhí)行速度？* 計算機操作系統(tǒng)第三章第三章 調(diào)度調(diào)度 調(diào)度的目標和類型調(diào)度的目標和類型 作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度 進程調(diào)度進程調(diào)度 調(diào)度算法調(diào)度算法 實時系統(tǒng)中的調(diào)度實時系統(tǒng)中的調(diào)度 多處理機調(diào)度多處理機調(diào)度實驗一 處理機調(diào)度處理機調(diào)度* 計算機操作系統(tǒng) 調(diào)度的目標和類型調(diào)度的目標和類型合理性：、合理性： 根據(jù)調(diào)度策略合理分配處理機，既要保證系統(tǒng)實現(xiàn)特殊功能要求，又要使各個作業(yè)合理地使用處理機資源。有效性：、有效性： 按調(diào)度策略使處理機和 I/O設備得到合理有效的分配，使系統(tǒng)資源得到充分的利用。* 計算機操作系統(tǒng) 作業(yè)從提交到執(zhí)行完成，要經(jīng)歷 四個階段 。高級調(diào)度：、高級調(diào)度： 按照一定的算法從后備作業(yè)隊列中選擇滿足條件的作業(yè)，分配一定資源，創(chuàng)建 PCB，入主存就緒隊列。低級調(diào)度：、低級調(diào)度： 按照一定的算法從就緒隊列中選擇滿足條件的進程，分配 CPU運行。 分搶占分搶占 /非搶占非搶占中級調(diào)度：、中級調(diào)度： 將在主存中長期得不到執(zhí)行的進程，按照一定的算法入盤交換區(qū)；滿足執(zhí)行條件后再入主存。 調(diào)度類型調(diào)度類型* 計算機操作系統(tǒng)一、面向用戶 4準則周轉(zhuǎn)時間 Ti短包括：包括： 后備隊列延時； 就緒隊列延時； CPU執(zhí)行時間； 等待 I/O時間；引入：引入： 平均周轉(zhuǎn)時間 T； 加權(quán)平均周轉(zhuǎn)時間 W響應時間短包括：包括： 請求傳到 CPU延時； CPU執(zhí)行時間； 結(jié)果回送到終端延時；截止時間保證： 開始截止 /完成截止優(yōu)先權(quán)準則面向系統(tǒng) 3準則 選擇調(diào)度方式和算法的選擇調(diào)度方式和算法的 2個準則個準則* 計算機操作系統(tǒng)系統(tǒng)吞吐量高、系統(tǒng)吞吐量高 選擇類型：二、面向系統(tǒng)二、面向系統(tǒng) 3準則準則 CPU利用率高利用率高 作業(yè)類型： CPU型、型、 I/O型型 選擇類型：各類資源的平均利用、各類資源的平均利用 選擇類型：* 計算機操作系統(tǒng) 作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度 功能功能 記錄系統(tǒng)中各作業(yè)的狀況：記錄系統(tǒng)中各作業(yè)的狀況： JCB 包括該作業(yè)的狀態(tài)、所需資源等有關信息；為作業(yè)做好執(zhí)行前的準備工作、為作業(yè)做好執(zhí)行前的準備工作 作業(yè)調(diào)度的依據(jù)作業(yè)調(diào)度的依據(jù) 接納多少作業(yè) —— 多道程序度多道程序度 接納哪些作業(yè) —— 取決于 調(diào)度算法調(diào)度算法 作業(yè)調(diào)度的兩種類型作業(yè)調(diào)度的兩種類型* 計算機操作系統(tǒng) 進程調(diào)度進程調(diào)度 功能功能 記錄進程的相關信息：記錄進程的相關信息： PCB 包括該進程的狀態(tài)、執(zhí)行情況、所需資源等有關信息； 選擇進程以分配處理機、選擇進程以分配處理機 進程調(diào)度的兩種基本方式進程調(diào)度的兩種基本方式 非搶占式、非搶占式 —— 非剝奪式調(diào)度 特點：系統(tǒng)開銷小、簡單，損失了并發(fā)性、對實時進程不利； 搶占式、搶占式 —— 剝奪調(diào)度 原則：時間片原則、優(yōu)先權(quán)原則、短進程優(yōu)先原則進行進程的上下文切換、進行進程的上下文切換* 計算機操作系統(tǒng) 調(diào)度算法調(diào)度算法 先來先服務 FCFS(First Come First Serve)思想：思想： 選擇最先進入后備 /就緒隊列的作業(yè) /進程，入主存 /分配 CPU。優(yōu)缺點：優(yōu)缺點： 短作業(yè)優(yōu)先 SJF(Shortest Job First)思想：思想： 選擇后備 /就緒隊列中執(zhí)行時間最短的作業(yè) /進程，入主存 /分配 CPU。優(yōu)缺點：優(yōu)缺點：調(diào)度算法（續(xù)）* 計算機操作系統(tǒng)調(diào)度算法（續(xù)調(diào)度算法（續(xù) 1）） 時間片輪轉(zhuǎn) (Round Robin)思想：思想： 選擇優(yōu)先權(quán)最高的后備 /就緒隊列的作業(yè) /進程，入主存 /分配 CPU。類型：類型： 非搶占式 (NonPreemptive Mode) 搶占式 (Preemptive Mode)優(yōu)先權(quán)類型：優(yōu)先權(quán)類型： 靜態(tài)優(yōu)先權(quán)（進程類型、資源要求、用戶要求） 動態(tài)優(yōu)先權(quán)（初值、等待、占用 CPU）調(diào)度算法（續(xù)）* 計算機操作系統(tǒng)調(diào)度算法（續(xù)調(diào)度算法（續(xù) 2）） 高響應比優(yōu)先 響應比響應比 Rp=1+等待時間等待時間 /要求服務時間要求服務時間思想：思想： 選擇響應比最高的作業(yè) /進程。分析：分析： 等待時間一定：、等待時間一定： 要求服務時間一定：、要求服務時間一定： 多級調(diào)度隊列思想：思想： 系統(tǒng) 設置多個就緒隊列 ，并分配不同的優(yōu)先權(quán)，優(yōu)先調(diào)度高優(yōu)先權(quán)隊列中的進程，只有高優(yōu)先權(quán)隊列為空時才調(diào)度低一級優(yōu)先權(quán)隊列中的進程 。調(diào)度算法（續(xù)）* 計算機操作系統(tǒng)調(diào)度算法（續(xù)調(diào)度算法（續(xù) 3）） 多級反饋隊列 （思想）（思想） 設置多個就緒隊列，每隊分配不同的優(yōu)先權(quán)； 各隊規(guī)定一時間片，并各隊列隨著優(yōu)先權(quán)的降低時間片逐漸增大；（ 圖示 ） 新入就緒隊列的進程先入高優(yōu)先權(quán)隊列，按FIFO執(zhí)行規(guī)定時間片，未完成，入下一級隊尾； 高優(yōu)先權(quán)隊列為空，執(zhí)行次一級隊列進程 ...。 若有新入就緒隊列的進程，中止低優(yōu)先權(quán)隊列進程執(zhí)行。被中止進程入本隊隊尾； 最后一級隊列采用時間片輪轉(zhuǎn)；課堂練習* 計算機操作系統(tǒng)課堂練習課堂練習 設一個計算機系統(tǒng)，采用 剝奪式優(yōu)先權(quán)剝奪式優(yōu)先權(quán) 調(diào)度算法，各進程的優(yōu)先權(quán)及各進程進入就緒隊列的時刻和執(zhí)行時間 (單位時間 )如下： 進程 入就緒隊列時刻 執(zhí)行時間 優(yōu)先級 P1 0 8 1 P2 1 4 3 P3 2 9 2 P4 3 5 4試給出進程的調(diào)度次序及平均等待時間。分析及圖示：* 計算機操作系統(tǒng)分析分析進程等待時間 =完成時刻 (進入時刻 +執(zhí)行時間 )解：解： 調(diào)度次序為：0 1 3 8 10 19 26P1 P2 P4 P2 P3 P1平均等待時間平均等待時間 ={[26(0+8)]+[10(1+4)]+