【正文】 d）， 限制了并發(fā)程度的進(jìn)一步提高。 因此，將進(jìn)程獨(dú)立性的兩個(gè)屬性分開，引入了線程。* 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)線程的概念線程的概念 線程線程 ， 是進(jìn)程中的一個(gè)實(shí)體，是能被系統(tǒng)獨(dú)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(yùn)行時(shí)保存上下文216。 有一個(gè)執(zhí)行棧216。 有一些局部變量的靜態(tài)存儲(chǔ)216。 可存取所在進(jìn)程的內(nèi)存和其他資源216。 可以創(chuàng)建、撤消另一個(gè)線程 * 計(jì)算機(jī)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(biāo)識(shí)：稱為客戶 ID； 一組處理機(jī)狀態(tài)寄存器； 分別在用戶態(tài)和核心態(tài)下使用的兩個(gè)堆棧； 一個(gè)私用寄存器；線程的優(yōu)點(diǎn)：線程的優(yōu)點(diǎn)： 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(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)P C B 用戶棧單 線程進(jìn)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(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)例子 1 前臺(tái)和后臺(tái)工作情況應(yīng)用文件編輯程序，當(dāng)用戶在前臺(tái)進(jìn)行修改工作時(shí)，一個(gè)線程 顯示菜單，并讀入用戶修改工作；另一個(gè)線程 負(fù)責(zé)執(zhí)行文件下一段落的輸入和分析審查工作；第三個(gè)線程 負(fù)責(zé)打印或備份工作；考慮一個(gè)應(yīng)用：由幾個(gè)獨(dú)立部分組成，這幾個(gè)部分不需要順序執(zhí)行，則每個(gè)部分可以以線程方式實(shí)現(xiàn)；當(dāng)一個(gè)線程因 I/O阻塞時(shí)，可以切換到同一應(yīng)用的另一個(gè)線程Date 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)P C B多線程進(jìn)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(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)輕型進(jìn)程輕型進(jìn)程 ： (LightWeight Process) 線程線程重型進(jìn)程重型進(jìn)程 ： (HeavyWeight Process ) 進(jìn)程進(jìn)程比較線程與進(jìn)程可從比較線程與進(jìn)程可從 4個(gè)方面：個(gè)方面：調(diào)度：、調(diào)度： 同一進(jìn)程中線程的切換不會(huì)引起進(jìn)程切換 ；；并發(fā)性：、并發(fā)性： 線程與線程、進(jìn)程與進(jìn)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(yuǎn)小于進(jìn)程，且容易實(shí)現(xiàn)通信、同步；擁有資源：、擁有資源： 線程共享進(jìn)程的資源，自己不擁有；* 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)線程與進(jìn)程的關(guān)系線程：進(jìn)程 特點(diǎn) 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(jìn)程 .各種 UNIX版本M:1 進(jìn)程定義了所擁有的地址空間和動(dòng)態(tài)資源。在該進(jìn)程中多個(gè)線程可被創(chuàng)建和執(zhí)行 .Windows NT, Solaris, OS/2,OS/390, MACHDate 計(jì)算機(jī)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(jìn)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(shí)，整個(gè)進(jìn)程阻塞；而內(nèi)核級則僅阻塞該線程； 執(zhí)行時(shí)間、執(zhí)行時(shí)間 ：用戶級以進(jìn)程為單位；內(nèi)核級以線程為單位分配； OVER* 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)用戶級線程的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：167。 調(diào)度是應(yīng)用程序特定的：可以選擇最好的算法；優(yōu)點(diǎn)：167。 線程切換不調(diào)用核心；167。 ULT可運(yùn)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(jìn)程，故進(jìn)程中所有線程將被阻塞；缺點(diǎn)：167。 核心只將處理器分配給進(jìn)程，同一進(jìn)程中的兩個(gè)線程不能同時(shí)運(yùn)行于兩個(gè)處理器上。167。 饑餓問題 —— 當(dāng) I/O完成中斷發(fā)生，進(jìn)程又被調(diào)度運(yùn)行，有可能導(dǎo)致線程獨(dú)自壟斷 CPU；Date 計(jì)算機(jī)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(diǎn)：特點(diǎn)：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(hù)進(jìn)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(chǔ)進(jìn)行調(diào)度例子： Windows NT， OS/2Date 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)核心級線程的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：167。 阻塞是在線程一級完成優(yōu)點(diǎn)：167。 對多處理器，核心可以同時(shí)調(diào)度同一進(jìn)程的多個(gè)線程167。 核心例程是多線程的167。 在同一進(jìn)程內(nèi)的線程切換調(diào)用內(nèi)核，導(dǎo)致速度下降缺點(diǎn)：Date 計(jì)算機(jī)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(jìn)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(shí)，整個(gè)進(jìn)程阻 塞；而內(nèi)核級則僅阻塞該線程；執(zhí)行時(shí)間、執(zhí)行時(shí)間 ：用戶級以進(jìn)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)分派喚醒繼續(xù)搶占停止可運(yùn)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(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)Date 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)PROBLEMS2創(chuàng)建進(jìn)程原語 Creat()主要完成哪些工作？處理機(jī)調(diào)度有幾種類型？各類調(diào)度完成哪些工作？進(jìn)程為何要設(shè)置掛起及解掛兩種工作狀態(tài)？為什么說 PCB是進(jìn)程存在的唯一標(biāo)志？保證 “ 原語 ” 執(zhí)行時(shí)的不被分割，是為了提高其執(zhí)行速度？* 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)第三章第三章 調(diào)度調(diào)度 調(diào)度的目標(biāo)和類型調(diào)度的目標(biāo)和類型 作業(yè)調(diào)度作業(yè)調(diào)度 進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度 調(diào)度算法調(diào)度算法 實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的調(diào)度實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的調(diào)度 多處理機(jī)調(diào)度多處理機(jī)調(diào)度實(shí)驗(yàn)一 處理機(jī)調(diào)度處理機(jī)調(diào)度* 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 調(diào)度的目標(biāo)和類型調(diào)度的目標(biāo)和類型合理性：、合理性： 根據(jù)調(diào)度策略合理分配處理機(jī)，既要保證系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特殊功能要求，又要使各個(gè)作業(yè)合理地使用處理機(jī)資源。有效性：、有效性： 按調(diào)度策略使處理機(jī)和 I/O設(shè)備得到合理有效的分配，使系統(tǒng)資源得到充分的利用。* 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 作業(yè)從提交到執(zhí)行完成，要經(jīng)歷 四個(gè)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(duì)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(duì)列。低級調(diào)度：、低級調(diào)度： 按照一定的算法從就緒隊(duì)列中選擇滿足條件的進(jìn)程，分配 CPU運(yùn)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(jìn)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(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)一、面向用戶 4準(zhǔn)則周轉(zhuǎn)時(shí)間 Ti短包括：包括： 后備隊(duì)列延時(shí)； 就緒隊(duì)列延時(shí)； CPU執(zhí)行時(shí)間； 等待 I/O時(shí)間；引入：引入： 平均周轉(zhuǎn)時(shí)間 T； 加權(quán)平均周轉(zhuǎn)時(shí)間 W響應(yīng)時(shí)間短包括：包括： 請求傳到 CPU延時(shí)； CPU執(zhí)行時(shí)間； 結(jié)果回送到終端延時(shí)；截止時(shí)間保證： 開始截止 /完成截止優(yōu)先權(quán)準(zhǔn)則面向系統(tǒng) 3準(zhǔn)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(gè)準(zhǔn)則個(gè)準(zhǔn)則* 計(jì)算機(jī)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(zhǔn)則準(zhǔn)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(jì)算機(jī)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(guān)信息；為作業(yè)做好執(zhí)行前的準(zhǔn)備工作、為作業(yè)做好執(zhí)行前的準(zhǔn)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(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 進(jìn)程調(diào)度進(jìn)程調(diào)度 功能功能 記錄進(jìn)程的相關(guān)信息：記錄進(jìn)程的相關(guān)信息： PCB 包括該進(jìn)程的狀態(tài)、執(zhí)行情況、所需資源等有關(guān)信息； 選擇進(jìn)程以分配處理機(jī)、選擇進(jìn)程以分配處理機(jī) 進(jìn)程調(diào)度的兩種基本方式進(jìn)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(diǎn)：系統(tǒng)開銷小、簡單，損失了并發(fā)性、對實(shí)時(shí)進(jìn)程不利； 搶占式、搶占式 —— 剝奪調(diào)度 原則：時(shí)間片原則、優(yōu)先權(quán)原則、短進(jìn)程優(yōu)先原則進(jìn)行進(jìn)程的上下文切換、進(jìn)行進(jìn)程的上下文切換* 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng) 調(diào)度算法調(diào)度算法 先來先服務(wù) FCFS(First Come First Serve)思想：思想： 選擇最先進(jìn)入后備 /就緒隊(duì)列的作業(yè) /進(jìn)程，入主存 /分配 CPU。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 短作業(yè)優(yōu)先 SJF(Shortest Job First)思想：思想： 選擇后備 /就緒隊(duì)列中執(zhí)行時(shí)間最短的作業(yè) /進(jìn)程，入主存 /分配 CPU。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：調(diào)度算法（續(xù)）* 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)調(diào)度算法（續(xù)調(diào)度算法（續(xù) 1）） 時(shí)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(duì)列的作業(yè) /進(jìn)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(jìn)程類型、資源要求、用戶要求） 動(dòng)態(tài)優(yōu)先權(quán)（初值、等待、占用 CPU）調(diào)度算法（續(xù)）* 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)調(diào)度算法（續(xù)調(diào)度算法（續(xù) 2）） 高響應(yīng)比優(yōu)先 響應(yīng)比響應(yīng)比 Rp=1+等待時(shí)間等待時(shí)間 /要求服務(wù)時(shí)間要求服務(wù)時(shí)間思想：思想： 選擇響應(yīng)比最高的作業(yè) /進(jìn)程。分析：分析： 等待時(shí)間一定：、等待時(shí)間一定： 要求服務(wù)時(shí)間一定：、要求服務(wù)時(shí)間一定： 多級調(diào)度隊(duì)列思想：思想： 系統(tǒng) 設(shè)置多個(gè)就緒隊(duì)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(duì)列中的進(jìn)程，只有高優(yōu)先權(quán)隊(duì)列為空時(shí)才調(diào)度低一級優(yōu)先權(quán)隊(duì)列中的進(jìn)程 。調(diào)度算法（續(xù)）* 計(jì)算機(jī)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(duì)列 （思想）（思想） 設(shè)置多個(gè)就緒隊(duì)列，每隊(duì)分配不同的優(yōu)先權(quán)； 各隊(duì)規(guī)定一時(shí)間片，并各隊(duì)列隨著優(yōu)先權(quán)的降低時(shí)間片逐漸增大；（ 圖示 ） 新入就緒隊(duì)列的進(jìn)程先入高優(yōu)先權(quán)隊(duì)列，按FIFO執(zhí)行規(guī)定時(shí)間片，未完成，入下一級隊(duì)尾； 高優(yōu)先權(quán)隊(duì)列為空，執(zhí)行次一級隊(duì)列進(jìn)程 ...。 若有新入就緒隊(duì)列的進(jìn)程，中止低優(yōu)先權(quán)隊(duì)列進(jìn)程執(zhí)行。被中止進(jìn)程入本隊(duì)隊(duì)尾； 最后一級隊(duì)列采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)；課堂練習(xí)* 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)課堂練習(xí)課堂練習(xí) 設(shè)一個(gè)計(jì)算機(jī)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(jìn)程的優(yōu)先權(quán)及各進(jìn)程進(jìn)入就緒隊(duì)列的時(shí)刻和執(zhí)行時(shí)間 (單位時(shí)間 )如下： 進(jìn)程 入就緒隊(duì)列時(shí)刻 執(zhí)行時(shí)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(jìn)程的調(diào)度次序及平均等待時(shí)間。分析及圖示：* 計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)分析分析進(jìn)程等待時(shí)間 =完成時(shí)刻 (進(jìn)入時(shí)刻 +執(zhí)行時(shí)間 )解：解： 調(diào)度次序?yàn)椋? 1 3 8 10 19 26P1 P2 P4 P2 P3 P1平均等待時(shí)間平均等待時(shí)間 ={[26(0+8)]+[10(1+4)]+