计算机操作系统（第四版）学习笔记

学习资料：计算机操作系统（第四版） 汤小丹 汤子瀛等

进程的描述与控制

程序并发执行（被弃用）

• 概念：多道程序技术，只有无前驱关系的进程才有可能并发执行
• 例子：现代OS操作系统
• 优点：提高了系统的吞吐量和资源利用率
• 缺点：
  • 失去了单进程执行的封闭性、具有间断性
  • 资源共享，会被其他进程影响
• 使用场景：现代OS操作系统

进程

• 概念：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元
• 例子：进程的创建就是PCB的创建，进程的销毁就是PCB的销毁
• 优点（特点）
  • 动态性：可销毁
  • 并发性：几个进程能同步进行
  • 独立性：任何一个进程实体都能获得独立的资源
  • 异步性：每个进程按照各自的、不可预知的速度向前推进
• 进程的三中基本状态
  • 就绪状态：进程已分配到除了CPU以外的所有必要资源
  • 执行状态：进程已经获得CPU，正在执行
  • 阻塞状态：进程发生某种事情（IO申请、申请缓冲区失败等），导致程序暂停
• 进程同步
  • 概念：多个进程有序的协调进行，并不是同时进行
  • 优点：提高系统的吞吐量和资源使用率
  • 缺点：使系统变得复杂
  • 经典问题：生产者-消费者问题、哲学家进餐问题
• 进程同步机制
  • 信号量机制：用一个变量S代表资源的可用数量，进行p、v操作。缺点：每次只能进行一次操作
  • 管程：将共享变量和对应的操作集中在一个类中。优点：封装
  • 自旋锁机制：如果当前资源已经被占用，则自旋锁已经被其他资源占用。缺点：进程处于忙等状态，死锁
  • 会合
  • 分布式系统
• 进程通信
  • 共享内存
  • 管道pipe：用于有父子关系进程的通信
  • 消息队列：消息队列管道和信号量有限的缺点，是一大改进。
  • 套接字：可用于不同进程的通信
  • 信号：通知某个进程事情已经发生
  • 信号量：作为同一进程中不同线程的同步和互斥手段
• 进程调度算法
  • 先来先服务
  • 短作业优先
  • 优先级调度
  • 时间片轮转法
• 进程死锁
  • 概念：多个进程对资源进行争夺，最终进入无限期的等待、阻塞状态
  • 产生死锁的条件
    • 互斥条件
    • 请求和保持条件
    • 不可抢占条件
    • 循环等待条件
  • 处理死锁的方法
  • 预防死锁：设置限制条件，破坏死锁的四个必要条件。线性排序，按序号递增去用
  • 避免死锁：防止进入死锁状态，贪心
  • 检测死锁：精确地确定造成死锁的资源和进程，把死锁的发生通过适当的措施从死锁中解放出来。
  • 解除死锁：撤销进程

进程控制块PCB

• 概念：记录了当前进程所需的所有信息，是操作系统中最重要的记录型数据结构
• 作用：使一个在多道程序环境下，不能独立运行的程序 成为一个能够独立运行的进程
• 存储的信息
  • 进程标识符：有外部和内部两种标识符，用于用户的访问和OS的访问
  • 处理机状态：当进程被切换的时候，PCB保存当时的环境信息
  • 进程调度信息：进程的优先级，运行状态等
  • 进程控制信息：程序和数据的地址等等
• 组织方式
  • 线性方式：遍历一遍
  • 链接方式：直接指向对应的状态起始地址
  • 索引方式：建立不同状态的索引表

线程

• 目的：减少程序在并发时所付出的时空开销，使OS有更好的并发性
• 三个状态
• 执行、就绪、阻塞 

页面置换算法

• 最佳置换算法
• 先进先出算法
• 最近最久未使用算法
• 最少使用算法