操作系统（2.1）进程的基本概念

进程的定义、组成、组织方式、特征

• 定义：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。严格来说，进程和进程实体并不一样，进程是动态的，而进程实体是静态的。
• 组成：进程由程序段、数据段和进程控制块（PCB）组成。
  • PCB：进程的管理者（操作系统)所需的数据都在PCB中
  • PCB包含：进程描述信息、进程控制和管理信息、资源分配清单、处理机相关信息
    • 进程描述信息：进程标识符PID、用户标识符UID
    • 进程控制和管理信息：进程当前状态、进程优先级
    • 资源分配清单：程序段指针、数据段指针、键盘、鼠标
    • 处理机相关信息：各种寄存器值
• 组织方式：链接方式、索引方式
• 特征：动态性、并发性、独立性、异步性、结构性
  • 独立性：进程是资源分配、接受调度的基本单位
  • 异步性：异步性会导致并发程序执行结果的不确定性

进程的状态与转换

• 进程的状态：创建态、就绪态、运行态、阻塞态（等待态）、终止态

状态	CPU	其他所需资源
运行态	√	√
就绪态	×	√
阻塞态	×	×

注：重点就是运行态、阻塞态和就绪态的转换

进程控制

• 进程控制的主要功能是对系统中的所有进程实施有效的管理，它具有创建新进程、撤销已有进程、实现进程状态转换等功能。
  简而言之：就是要实现进程状态的转换
• 原语(具有原子性，即不可中断)的部分功能：
  • 更新PCB中的信息（修改进程状态标志、将运行环境保存到PCB、从PCB恢复运行环境）
  • 将PCB插入合适的队列
  • 分配 / 回收资源
• 进程控制的相关原语：进程的创建、进程的终止、进程的阻塞、进程的唤醒、进程的切换。其中进程的阻塞和进程的唤醒必须成对出现。

注：原子性由开 / 关中断来实现

进程通信

• 共享存储：设置一个共享空间，然后互斥的访问共享空间
  • 共享的两种方式：基于数据结构的共享（低级）和基于存储区的共享（高级）
• 管道通信：设置一个特殊的共享文件(管道)，其实就是一个缓冲区。各进程要互斥的访问管道。一个管道只能实现半双工通信，实现双向通信要建立两个管道。
  • 写满时不能再写，读空时不能再读；没写满不能读，没读完，不能写。
• 消息传递的方式：直接通信方式（消息直接到接收方的消息队列里）和间接通信方式（消息先发送到中间体，即信箱）。

线程概念和多线程模型

• 线程：轻量级的进程，可以增加并发度，减少并发带来的开销
• 线程的属性：
  • 线程是处理机（CPU）调度的单位，进程是资源分配的单位
  • 同一进程的各线程共享进程拥有的资源
  • 同一进程内的线程切换不会导致进程切换
• 线程的实现方式：用户级线程、内核级线程（内核级线程才是处理机调度的单位）、组合方式
• 多线程模型
  • 多对一模型：
    优点：进程开销小，效率高。
    缺点：一个线程的阻塞会导致整个进程都阻塞
  • 一对多模型：
    优点：各线程可分配到多核处理机并发执行，并发度高。
    缺点：进程管理开销大
  • 多对多模型：集两者之所长