操作系统相关问题详解-1
一. 共享内存的实现方式
基础概念：
a 磁盘
b 内存（主内存）：
- 把应用程序从磁盘加载到内存中运行
- 以进程的形式去运行
c 虚拟内存：
- 内存 + 外存（swap-对换区）挂起来的进程放入磁盘
- 内存的扩充
d 高速缓冲存储器cache，L1, L2(独占), l3（共享）
注意：一般不把寄存器看成存储器（容量太小，处理操作指令）
共享内存：两个或者多个进程能够同时访问同一块物理内存空间的现象
目的：
a, 节省内存空间
b, 实现进程的数据交互，进程通信
- 物理内存共享
- os把同一块物理内存空间分配给不同的进程。
- 有进程主动发起（shmget()）
- os根据申请空间大小，计算分页数（分页page-物理内存的基本单位1k，4k）
- shmget() 返回一个共享内存id：shmid，其他可以通过此ID添加到自己的地址空间。
os管理内存(分配/回收)基本单位是分页
操作系统申请内存的单位就是页，需要多少内存，会计算多少页
mysql有innodb设置虚拟空间 data page 16k
- 内存映射文件共享
- os创建一个空文件，把空文件添加到不同进程的分段（主程序段，子程序段，数据段等）中，每个进程都有相同的文件明，指向同一块物理内存。最先创建的线程为主线程，其余为子程序段或者数据段等。（进程-段-页 -> 一对多对多）
- 该文件对应一段物理内存空间（4k）
- 文件（进程也是一个文件）就是一个存储空间，一切皆文件。
对比:- 不同点：
a 物理内存：os
注意：从磁盘文件加载到内存中 - os 把同一块物理内存分配给不同的进程。b 内存映射文件 - os把同一份文件分配给不同的进程。
c 都是tmpfs - 基于内存的临时文件系统。
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- 相同点：
a 都是tmpfs - 基于内存的临时文件系统。（一切皆文件）.
b 不同进程处理数据不同（类型，格式），采用格式化的数据。
c 都是操作内存，效率相当。
二. 进程间通信方式，种类
a, 共享内存（shared memory）- 最快
- 按需同步，根据需求而定。
- 默认不同步
b, 消息传递（message - passing）
基本概念：
- os提供收发消息的原语（send(), receive()）
- 原语
a, os具有特定功能的程序，os把这些使用频率高的代码段进行封装。
b, 原子操作 - 要么一起成功要么一起失败。
c, 举例：
- 1，进程状态切换
1.1 新建（new()）
1.2 就绪 (start())
1.3 运行 (run())
1.4 阻塞
1.5 终止- 2, 消息发送（wait notify）
- 3, 系统调用
直接通讯：
a, 一个进程给另一个进程发消息，点对点通讯；
b, 发到对方消息缓冲区队列中；
c, 什么时候看我的邮箱？不确定，无法保证效率（监听（观察者模式）=高强度轮训）；
间接通讯：
- 发消息进程不直接发给收消息进程，而是发到一个公共的“信箱”（数据结构）（主动打开）；
- 收消息进程轮询信箱（即时）；
- 布告栏；
注意：原语本身是高效的，但是消息通讯机制，不保证效率。
c, 管道通行
- 管道的本质，是一个固定大小的缓冲区（4k），就是个文件；
- 管道只支持半双工通讯，全双工需要两个管道；、
- 操作双方必须是同步的，所以效率不高；
- 写，追加到队尾，读，从对头取（尾插头读）
d, 信号量 (其它)
- 同步机制，一般不作为通信机制。
- 同步锁（如：Java Synchronized）：
a 一个进程获取锁，其他进程阻塞；
b 只允许一个进程访问共享资源；
- 信号量（如：Java Semaphore）：
a 一个信号量，里面有“3个锁”，可以同时支持进程访问共享资源。
b 允许多个进程访问共享资源；
e, socket（其它）
不同主机之间的调用的通讯方式，RPC的方式；
三. 进程上下文切换流程
1. CPU在进程和进程之间的切换
2. 切换流程
0 检查是否允许切换 - 原语，正在处理中，临界区或其他原子操作中不允许切换。
1 保存当前进程上下文 - PC（正在执行的指令）等专用寄存器和通用寄存器，保存到PCB中（进程控制块）；
- 流程如下：
IR寄存器：存放指令地址
-> PC程序计数器：存放指令
-> ALU算数逻辑单元
-> psw标志/程序寄存器
-> CU2 更新PCB信息，比如进程状态；
3 把此进程移入到队列中（就绪队列，或者某种原因的阻塞队列）；
4 选择另一个（处于就绪状态）进程执行，更新PCB；
5 更新内存管理的数据结构（段表，页表）；
6 恢复所选进程上下文，将CPU执行权交给所选进程；加载文件，读磁盘
以上 保存现场->恢复线程
3. 切换场景
- 运行中的进程要求I/O:
a 读写磁盘
b 网络通信- 进程状态相关操作
a 阻塞，唤醒，挂起，激活
b 新建，销毁- 进程执行完成/结束
- 一个高优先级进程申请运行（可剥夺）
- 分配给当前进程的时间片用完了
四. 进程与线程状态详解
进程状态（5种状态/2种操作）：
- 新建
- 三种基本状态：就绪（活动就绪，情况：静止就绪转活动就绪），执行，阻塞（I/O操作或者同步没有获取到锁导致不能运行了）
- 销毁
- 操作：
a 挂起：1.静止阻塞 2.暂时不需要当前进程运行了 3.放到外层（磁盘兑换区）
b 激活：静止就绪
- yieId其实只是一种线程调度的一种尝试，让更多的线程获取执行权。（无实用性）；
线程状态（6种状态）：
- New 新建状态（线程刚被创建，start方法之前的状态）
- Runnable 可运行状态（得到时间片运行中状态）（Ready就绪，未得到时间片就绪状态）
- Blocked 被阻塞状态（如果遇到锁，线程就会变为阻塞状态等待另一个线程释放锁）
- Waiting 等待状态（无限期等待）
- Time_Waiting 超时等待状态 - 记时等待（有明确结束时间的等待状态）
- Terminated 被终止状态（当线程结束完成之后就会变成此状态）