2.1进程的引入
用户的计算：录入用户程序和数据 执行 输出结果
单道程序的顺序执行特点：
| 顺序性 | 处理机的操作严格按规定顺序执行 |
|---|---|
| 封闭性 | 程序执行时，独占系统资源 |
| 可在现性 | 当初是条件相同时，程序多次执行的结果相同 |
多道程序的并发执行特点：
| 间断性 | 程序在并发执行时，形成了相互制约关系。相互制约将导致并发程序具有“执行–暂停–执行”这种间断性的活动规律 |
|---|---|
| 失去封闭性 | 系统中的资源供多个程序共享，致使程序的运行失去了封闭性 |
| 失去可在现性 |
程序并发执行的条件Bernstein
Bernstein条件：
读集：R(Pi)={a1,a2,a3,…an};程序Pi执行期间参考的变量集合
写集：W(Pi)={b1,b2,b3,…bn};程序Pi执行期间改变的变量集合
对进程P1、P2，满足：
R(P1)∩W(P2)∪W(P1)∩R(P2)∪W(P1)∩W(P2)={}
则P1、P2并发执行，且具有可再现性。
进程的定义：可并发执行的程序在一个数据集合上的执行过程。
进程的特征：
| 动态性 | 进程是程序的执行过程，动态产生/消亡 |
|---|---|
| 并发性 | 进程同其他进程一起向前推进 |
| 异步性 | 进程按各自的速度向前推进 |
| 独立性 | 进程是系统分配资源和调度CPU的单位 |
进程与程序的关系：
| 进程 | 程序 |
|---|---|
| 动态的 | 静态的 |
| 并发的 | 顺序 |
| 暂时的（内存） | 永久的（外存） |
进程=程序+数据+PCB
程序与进程不是一一对应关系
2.2进程的状态及其组成
运行状态
就绪状态
阻塞状态
创建状态
退出状态
双挂起状态： 就绪挂起 阻塞挂起
就绪、运行、阻塞、都在内存，
挂起就是 把内存里面的进程放在外存。
进程控制块PCB：
PCB是进程实体的一部分，是OS中最重要的数据结构
PCB常驻内存
进程的组成：
进程控制块PCB 程序块 数据段 堆栈
引用PCB的作用：
就是使程序能成为独立运行的单位，并可和其他进程并发执行
进程控制块PCB的内容：
进程描述信息：
进程名 进程标识符 用户名
处理机状态信息：
通用寄存器 指令计数器 程序状态字寄存器 栈指针
进程调度信息：
进程状态 进程优先级 运行统计信息 进程阻塞原因
进程控制和资源占有量信息：
程序入口地址 程序的外存地址 进程同步及通信地址 资源占有信息 链接指针
进程控制块PCB的组织：
运行队列指针 就绪队列指针 阻塞队列1指针 阻塞队列2指针 空闲队列指针
2.3进程控制
核心态：具有较高的特权，能执行一切指令，访问所有寄存器和存储区。
用户态：具有较低特权，只能执行规定的指令，访问指定的寄存器和存储区。
用户态和核心态是由硬件设定的。
特权指令只能在核心态下运行，而不能在用户态下执行。
操作系统的内核：
硬件的第一次延伸
系统将一些与硬件紧密相关的模块放在内核（中断处理 时钟管理）
内核在执行某些基本操作时，往往是利用原语操作实现的。
支撑功能：中断处理 时钟管理 原语操作
资源管理功能：进程管理 存储器管理 设备管理
Windows进程不存在层次结构
Unix进程存在层次结构
操作系统的原语：
原语由若干条指令构成、由于完成一定功能的过程。
原语是“原子操作”。即一个操作中的所有动作，要么全做，要么全不做。换言之，原子操作是一个不可分割的操作。
进程创建：
- 引起进程创建的事件：
用户登录
新作业进入系统
提供服务
应用请求（用户级） - 创建原语要做到工作：
申请空白PCB
为进程分配资源
初始化PCB（初始化进程描述信息 初始化处理机状态信息 初始化进程控制信息）
将进程插入就绪队列
进程的撤消：
- 引起进程撤消的事件：
进程正常结束
进程异常结束
外界干预 - 撤销原语要做的工作：
查找撤消进程的PCB
若进程处于执行状态，终止之，并进行进程调度 若有子孙，予以终止 。
归还资源
从所在队列移出
进程的阻塞与唤醒：
- 引起进程阻塞的事件：
请求系统服务
启动某种操作
数据尚未到达
无新工作可做 - 阻塞原语要做到工作：
停止进程的执行
将进程插入阻塞队列，改变进程在PCB中的状态
重新调动 - 唤醒原语要做的工作：
将进程从阻塞行列解下
将进程插入就绪队列
改变进程在PCB中的状态
进程的挂起与激活：
- 挂起原语要做的工作：
检查被挂起进程的状态
如进程处于就绪状态，将进程从就绪状态变为就绪挂起状态
如进程处于阻塞状态，将进程从阻塞状态变为阻塞挂起状态
如进程正在运行，将进程变为就绪挂起状态，并重新调度 - 激活原语要做的工作：
检查被激活进程的状态
如进程处于就绪挂起状态，将进程从就绪挂起状态变为就绪状态
如进程处于阻塞挂起状态，将进程从阻塞挂起状态变为阻塞状态
若系统为抢占式系统，则进行进程调度
2.4 线程
（比如：显示图像、显示文字就是使用不同的线程）
引入进程的目的：使用多个程序并发执行，改善资源利用率，提高系统的吞吐量。
引入线程的目的：减少程序并发执行所付出的时间和空间开销，使操作系统有更好的并发性。
多线程的优点：
响应度高
资源共享
经济
进程的两个基本属性：
- 进程是拥有资源的独立单位
- 进程是独立调度的分派的基本单位
线程是进程的一个实体，线程在进程的资源内运行。
进程在创建、撤消和切换中系统需要付出较大的时间、空间开销，限制了进程并发程度的提高，因此引入线程。
进程与线程的关系：
单进程单线程
单进程多线程 如： Java
多进程（每个进程只有一个线程）如：Unix系统
多进程（每个进程有多个线程） 如：Windows、Linux
线程的定义：
线程是进程中的一个实体，是系统独立调度和分派的基本单位。
TCB（线程控制块）结构
线程标识符
描述处理机状态信息的一组寄存器
栈指针（用户栈 核心栈）
私有存储区
线程的控制：
线程的创建
线程的撤消
线程的等待
线程让权
线程控制库的函数（ ？）
进程是资源拥有者
线程不拥有资源，只有TCB及堆栈
PCB常驻内存，TCP不一定进入核心栈，因此不一定在内存
用户级线程不用系统调用时，不会进入核心态，核心态在内存
线程的切换不一定涉及到预算模式的切换
进程和线程比较：
| 调度 | 线程调度快，需要空间小；进程因拥有资源，调度时因负担过重而缓慢 。 |
|---|---|
| 并发性 | 在引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，一个进程中的多个线程之间亦可并发执行。 |
| 拥有资源 | 进程是资源的拥有者。 |
| 系统开销 | 进程切换的开销远远大于线程切换的开销，线程的切换省去了资源的回收。 |
线程的实现：
- 用户级线程（依靠线程库支持）
线程的创建、撤消和切换，都不利用系统调用来实现。 - 内核级线程（用户通过API调用）
依赖于内核，线程的创建、撤消和切换都由内核实现。 - 组合的方法
由内核支持的用户线程。
用户级线程：
线程的创建、撤消和切换，都不利用系统调用来实现。线程与内核无关，内核也不知道线程的存在。
用户级线程的优点与不足:
优点：
- 线程切换不需要系统状态的转换。
- 每个进程可以使用专用的线程调度算法来调度程序。
- 用户级线程可以在任何操作系统中运行，不需要对底层操作系统内核进行修改。
不足：
- 一个线程被阻塞，进程中的所有线程都被阻塞。
- 不能利用多处理机环境。
内核级线程：
依赖于内核，线程的创建、撤消和切换，都由内核来实现。在内核中有线程控制块TCB，内核根据TCB感知线程的存在，并对线程进行控制。
内核级线程的优点与不足：
优点：
- 多处理机环境下，可以将线程分配给多个处理机。
- 进程中的一个线程被阻塞，不会导致进程内的其他线程被阻塞。
- 内核本身也可以设计成多线程形式。
- 内核支持线程具有很小的数据结构和堆栈，线程切换快，切换开销小。
缺点：
- 同一进程内线程的切换需要从用户态到核心态转换。
- 与用户线程切换相比，模式切换开销大。
用户级线程——LWP——内核级线程
轻量级进程 (LWP, light weight process) 是一种由内核支持的用户线程。它是基于内核线程的高级抽象，因此只有先支持内核线程，才能有 LWP 。每一个进程有一个或多个 LWPs ，每个 LWP 由一个内核线程支持。每个 LWP 都是一个独立的线程调度单元。即使有一个 LWP 在系统调用中阻塞，也不会影响整个进程的执行。
轻量级进程具有局限性，一个系统不能支持大量的 LWP 。
Solaris中的线程：
在用户线程和内核级线程之间，定义了一种轻型进程（LWP）。
由LWP实现了内核与用户级线程的隔离，从而使用户级线程与内核无关。
多线程问题：
- 线程的取消：立即取消 延迟取消
- 信号处理：
（1）同步信号处理是指信号是在同一进程内的线程之间传输的
（2）异步信号处理是指信号是由进程之外的事件产生的
单线程的信号处理只有一种情况。
多线程的信号处理有四种情况，具体依赖信号的类型。
发送到信号所使用的线程；
发送到进程内的所有线程；
发送到进程内某个固定线程；
发送到规定的特殊线程；
- 线程池
（1）用现有线程比创建新线程快
（2）限制了可用线程的数量，以防系统资源不足
