【正文】 由進程到線程 ? 目標：既能提高進程并發(fā)度 ， 又能降低系統(tǒng)的額外開銷 。 ? 為什么還需要引入線程呢 ？ 這是為了減少程序并發(fā)執(zhí)行時系統(tǒng)所付出的額外開銷 ， 使操作系統(tǒng)具有更好的并發(fā)性 。 ? 每次調(diào)度之前都需要計算響應(yīng)比，增加了系統(tǒng)開銷。 ? 隨著等待時間的增加，長進程的響應(yīng)比不斷增大，在某個時刻，也必然被調(diào)度。 ? 若等待時間相同，短進程因為 s較小， R較大而優(yōu)先調(diào)度。 響應(yīng)比高者優(yōu)先 將進程的等待時間和進程的預(yù)期執(zhí)行時間納入優(yōu)先級的計算 ， 進程 （ 預(yù)期執(zhí)行時間 ） 越長優(yōu)先級越低 ， 而隨著進程的等待時間增長優(yōu)先級上升 ， 即進程的優(yōu)先級與等待時間成正比 ， 與進程執(zhí)行時間成反比 。 ? 不適合于批處理系統(tǒng)的進程調(diào)度 ? 不利于 I/O型的進程 。 ? 通常 ， 合理的時間片指 ， 能讓 80%左右的進程在一個時間片內(nèi)完成 。 ? 加上進程切換所需的系統(tǒng)開銷時間，該算法的平均周轉(zhuǎn)時間還會增長。 ? 首先按照進程到達的先后順序組織就緒隊列，即P1,P2,P3,P4。 但是 ， 該算法也存在一些問題： ⑴ 很難準確預(yù)測進程的執(zhí)行時間； ⑵ 可能導(dǎo)致長進程饑餓，這對長進程不公平； ⑶ 采用非剝奪調(diào)度方式，未考慮進程的緊迫程度，不適合于分時系統(tǒng)和事務(wù)處理系統(tǒng)。系統(tǒng)又調(diào)度新的進程（或作業(yè)）。 ? 屬于非剝奪調(diào)度算法。 ? 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。 ? 一般地， FCFS與其他調(diào)度算法混合使用。 ? 由于長進程可能排在隊列前面，必將增加隊列后部進程的等待時間，從而將 增加平均周轉(zhuǎn)時間 。 ? 但 ， 對于那些后進入隊列而運行時間較短的進程 ， 或 I/O型的進程而言 ， 可能需要長時間等待 。 進程調(diào)度 ? 調(diào)度的目標 、 原則和方式 ? 調(diào)度的類型 ? 進程調(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 進程調(diào)度 ? 調(diào)度的目標 、 原則和方式 ? 調(diào)度的類型 ? 進程調(diào)度算法 ? 實時系統(tǒng)與實時任務(wù)調(diào)度 進程調(diào)度算法 先來先服務(wù)（ FCFS） ? 該方法按照進程到達的先后順序排隊 ， 每次調(diào)度隊首的進程 。 ? 如何判斷、設(shè)計一個好的調(diào)度算法呢？ 調(diào)度目標 ? 公平性 ， 防止進程長期不能獲得調(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 。 進程控制原語 ? 進程切換 ? 創(chuàng)建與終止 ? 阻塞與喚醒 ? 掛起與激活 進程調(diào)度 ? 調(diào)度的目標 、 原則和方式 ? 調(diào)度的類型 ? 進程調(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。 掛起 接納 激活 就緒 /掛起 圖 具有掛起狀態(tài)的進程模型 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 ? 為什么引入進程？ ?進程的概念 、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 ? 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)。創(chuàng)建進程時，創(chuàng)建 PCB；進程結(jié)束時，系統(tǒng)將撤消其PCB。 ? 進程是程序的一次執(zhí)行； ? 進程是一個程序及其數(shù)據(jù)在處理機上的順序執(zhí)行所發(fā)生的活動； ? 進程是一個程序在一個數(shù)據(jù)集合上運行的過程，它是系統(tǒng)進行資源分配和調(diào)度的一個獨立單位。 引入進程帶來的問題 ? 增加了空間開銷 ：為進程建立數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) ? 額外的時間開銷 ：管理和協(xié)調(diào)、跟蹤、填寫和更新有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、切換進程、保護現(xiàn)場 ? 更難控制 ： 協(xié)調(diào)多個進程競爭和共享資源如何預(yù)防 解決多個進程因為競爭資源而出現(xiàn)故障 ? 處理機的競爭尤為突出 ? 為什么引入進程？ ?進程的概念 、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） 基本概念：進程 ? 進程是指，程序的一次執(zhí)行，包括可執(zhí)行的程序、程序所需的數(shù)據(jù)和相關(guān)狀態(tài)信息。 ? 為什么引入進程？ ?進程的概念 、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） 進程的引用 為了能在作業(yè)內(nèi)某作業(yè)步 I/O時，另一邏輯上可并行作業(yè)步能使用 CPU。 ? 批處理：用戶提交的作業(yè)首先存放在外存，并排成一個隊列。 操作系統(tǒng)的定義 操作系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中的一個 系統(tǒng)軟件 ,管理和控制 計算機系統(tǒng)中的硬件和軟件資源 ,合理地 組織 計算機的工作流程 ,以便有效利用這些資源為用戶提供一個功能強 、使用方便的 工作環(huán)境 ,從而在計算機與用戶之間起到 接口 的作用 。 ? 從內(nèi)部看操作系統(tǒng) OS開發(fā)者觀點之一： 資源管理觀點 是計算機系統(tǒng)中各類資源的管理者 ， 它負責(zé)分配 、 回收以及控制系統(tǒng)中的各種軟硬件資源 。 試問： ? 引起各種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的典型事件有哪些？ ? 當(dāng)我們觀察系統(tǒng)中某些進程時，能夠看到某一進程產(chǎn)生的一次狀態(tài)轉(zhuǎn)換會引起另一進程作一次狀態(tài)轉(zhuǎn)換。 （ 2）短作業(yè)優(yōu)先 SJF調(diào)度算法。 （注意：作業(yè)為純計算型。 ? 只要保證郵箱中最多只有一條消息，就能保證只允許一個進程進入臨界區(qū)，從而實現(xiàn)進程互斥使用臨界資源。 注意 ? 當(dāng)進入臨界區(qū)的進程執(zhí)行完臨界區(qū)的代碼，退出臨界區(qū)時，執(zhí)行 send(mutex,msg)語句，將這條“空”消息歸還給郵箱 mutex，并喚醒一個阻塞進程，使其取走這條消息，進入臨界區(qū)執(zhí)行。這時，郵箱 mutex變?yōu)椤翱铡?，即沒有消息。 郵箱 R1 Sn S1 Rn 發(fā)送進程 接收進程 注意 ? “空”消息：代表一條消息體為“空”，但具有消息頭的“真正”的一條消息，不是沒有消息。 ? 發(fā)送進程將消息發(fā)送到指定的郵箱中，接收進程從郵箱中接收消息。 消息傳遞中的尋址 ? 尋址方式：直接尋址和間接尋址。但是，如果消息丟失，或發(fā)送進程發(fā)送消息之前失敗，則接收進程將永久阻塞。 ? 設(shè)計并發(fā)程序時，若采用 “ 不阻塞發(fā)送 ” 方式，就必須在程序中考慮讓接收進程發(fā)回應(yīng)答消息，證實其是否收到消息，這將增加程序設(shè)計的難度。 ? “ 不阻塞發(fā)送 ” 方式容易導(dǎo)致消息的無限發(fā)送。 三種同步方式 ? 阻塞發(fā)送，阻塞接收 ：進程間的緊密同步 ? 不阻塞發(fā)送，阻塞接收 ：常用于服務(wù)進程為其它進程提供服務(wù) ? 不阻塞發(fā)送，不阻塞接收 “不阻塞發(fā)送” ? 例如，當(dāng)進程執(zhí)行過程中需要打印輸出，通常讓打印任務(wù)排隊等待，而請求打印的進程無須阻塞等待打印完成。 消息傳遞機制 消息類型 目的端地址 源端地址 消息長度 控制信息 消息內(nèi)容 消息頭 消息體 圖 消息的一般格式 消息傳遞的同步 進程之間的通信的兩條原語： ? Send(destination,message) ? Receive(source,message) 消息傳遞的同步 ? 只有當(dāng)一個發(fā)送進程發(fā)送出消息以后，接收進程才能接收消息。 然后 ， 申請進程把獲得的共享存儲分區(qū)連接到本進程上 ， 此后便可象讀 /寫普通存儲器一樣地讀 /寫共享存儲分區(qū) 。 ? 由操作系統(tǒng)在內(nèi)存中劃分出一塊區(qū)域作為共享存儲區(qū) 。 ？ 如何通過共享存儲區(qū)通信 ? 通過程序設(shè)計來實現(xiàn) 。這種通信方式不要求數(shù)據(jù)移動，一般用于本地通信。屬于基于共享存儲區(qū)通信。 ? 低級通信：進程之間交換控制信息的過程 ? 高級通信：進程之間交換批量數(shù)據(jù)的過程 ? 進程之間同步與互斥是一種低級通信 ,用來控制進程執(zhí)行速度。當(dāng)某進程釋放出一個臨界資源以后，將用 signal原語喚醒等待在該臨界資源上的一個阻塞進程。 ? 由于進程阻塞等待的原因有多