第二章 进程管理

程序顺序执行的特征：顺序性，封闭性，可再现性。

前趋图:是一个有向无循环图，DAG，用于描述进程之间执行的前后关系。
进程的实体:由程序段、相关的数据段和进程控制块PCB构成。
创建和撤消进程都是指:创建或撤消进程中的PCB。
进程具有:动态性、并发性、独立性和异步性的特征。
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。
进程的三种基本状态是:就绪状态、执行状态和阻塞状态（等待状态）。（见P31图2-5）
系统根据PCB控制进程，PCB:是进程存在的唯一标志。PCB常驻内存，系统将所有PCB组织成若干链表（或队列），存放在操作系统专门开辟的PCB区内。
进程控制块PCB主要包括四方面的信息:进程标识符（内部标识符和外部标识符），处理机状态（一些寄存器中断时的信息），进程调度信息，进程控制信息。
进程控制块的组织方式通常有:链接方式（指针链接）和索引方式（索引表）两种。
PCB中都设置了:家族关系表项，以标明自己的父进程及所有的子进程。
进程创建进程的典型事件可分为四类：用户登录，作业调度，提供服务，应用请求。
进程创建步骤：1申请空白PCB，2分配资源，3初始化PCB，4插入就绪队列。
初始化进程控制块包括：初始化标识信息；初始化处理机状态信息；初始化处理机控制信息。
引起进程终止的事件有：正常结束，异常结束，外界干预。
进程终止步骤：1根据被终止进程的标识符，在PCB集合中检索出该进程的PCB，读取其状态，2若处于执行状态，立即终止，置调度标志为真，用于指示该进程被终止后应重新进行调度，3如果有的话，终止所有子进程，4将被终止进程拥有的全部资源归还其父进程或系统，5将被终止进程PCB从所在队列（或链表）中移出，等待其他程序来搜集信息。
引起进程阻塞或唤醒的条件：请求系统服务，启动某种操作，新数据未到，无新工作做。
进程阻塞过程：调用阻塞原语block把自己阻塞，如在执行状态，立即停止执行，修改PCB中状态为“阻塞”，PCB插入阻塞队列。转调度程序将CPU重新调度给另一就绪进程。
进程唤醒过程：调用唤醒原语wakeup，将被阻塞的进程从等待该事件的阻塞队列中移出，将PCB中状态改为“就绪”，将PCB插入到就绪队列中去。
进程挂起过程：调用挂起原语suspend，如进程为活动就绪状态就改为静止就绪，如活动阻塞状态就改为静止阻塞，如进程正在执行就转向调度程序重新调度。
进程激活过程：调用激活原语active，先将进程从外存调入内存，如进程为静止就绪就改为活动就绪，如静止阻塞就改为活动阻塞，判定新就绪的进程的优先级是否能抢夺CPU。
进程之间包括:互斥和同步两种关系。
进程同步的主要任务:是使并发执行的诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。
临界区CS（critical section）是指:每个进程中访问临界资源的那段代码。
临界区前面用于检查是否能访问临界资源的代码叫进入区，后面加上一段代码退出区用于恢复标志，其余的代码部分叫做剩余区。
进程同步可以采用:信号量机制和管程机制。
同步机制遵循的原则：空闲让进，忙则等待，有限等待，让权等待。
记录型信号量:采用wait(S)和signal(S)来防止类似整型信号量会导致的忙等。
AND型信号量采用:Swait(S1,S2,…Sn)和Ssignal(S1,S2,…Sn)来防止死锁。
信号量集用:Swait（S,t,d）表示，S为信号量，t为下限值，d为需求值。
例子：利用信号量实现前趋关系。（P45，图2-10）
例子：利用记录型信号量解决生产者－消费者等问题。（P46）
一个管程定义了:一个数据结构和能为并发进程所执行（在该数据结构上）的一组操作，这组操作能同步进程和改变管程中的数据。
管程由三部分组成：局部于管程的共享变量说明；对该数据结构进行操作的一组过程；对局部于管程的设置初始值的语句。
例子：利用管程解决生产者－消费者问题。（P52）
进程通信包括:低级通信（进程之间的互斥和同步）和高级通信（共享存储器系统，消息传递系统以及管道通信系统），又可分为直接通信（通信原语）和间接通信（信箱）。
高级进程通信:是指用户可直接利用操作系统所提供的一组通信命令，高效的传送大量数据的一种通信方式。可归结为三大类：共享存储系统、消息传递系统以及管道通信系统。
管道通信具有三方面的协调能力：互斥，同步，确定对方是否存在。
进程通信可分为直接通信方式和间接通信方式。
直接通信方式指:利用OS提供的发送命令，直接把消息发送给目标进程。通常系统提供两条通信命令（原语）：Send（Receive,Message）和Receive（Sender,Message）。
间接通信方式指:进程之间的通信需要通过作为共享数据结构的实体，通常称之为信箱。
信箱可分为:私用信箱（单向通信链路的信箱），公用信箱（双向通信链路的信箱）和共享信箱。拥有私用信箱的进程结束时，信箱随之消失。公用信箱在系统运行期间始终存在。
公用信箱和共享信箱的区别在于:公用信箱是由操作系统创建，并提供给系统中的所有核准进程使用的。而共享信箱是由某进程创建给它和其他指定共享进程使用的。
两种方式建立一条通信链路：用显式的“建立连接”命令原语请求系统为之建立（常用于计算机网络中）；利用发送命令原语，系统自动为之建立（常用于单机系统中）。
通信链路可分为：点对点连接通信链路和多点连接链路；单向通信链路和双向链路；无容量通信链路（无缓冲区）和有容量通信链路（有缓冲区）。
消息分为消息头（控制信息）和消息正文（实际上发送的数据）。
进程同步方式有：1发送进程阻塞，接收进程阻塞（又称为汇合）2发送进程不阻塞，接收进程阻塞3发送进程接收进程都不阻塞。
消息缓冲队列通信机制及其中的发送原语和接收原语。（P59）
在操作系统中引入线程:是为了减少程序在并发执行所付出的时控开销，使操作系统具有更好的并发性。
在多线程OS中，通常是:在一个进程中包含多个线程，每个线程都是作为利用CPU的基本单位，是花费最小开销的实体。
线程具有以下属性：轻型实体，独立调度和分派的基本单位，可并发执行，共享进程资源。
线程的状态：状态参数和运行状态（也有执行状态，就绪状态，阻塞状态）
线程被中止后并不立即释放它所占有的资源，只有当进程中的其它线程执行了分离函数后，被终止的线程才与资源分离，此时的资源才能被其他线程利用。
多线程OS中的进程：进程仍是系统分配资源的基本单位，每个进程都含有多个相对独立的线程，进程不是一个可执行的实体，而是把线程作为独立运行的基本单位。所谓进程处于“执行”状态，实际上是指该进程中的某线程正在执行。把某个进程挂起或激活，该进程的所有线程也都被挂起或激活。
线程同步和通信机制有：互斥锁，条件变量，信号量机制。
互斥锁适合于:高频度使用的关键共享数据和程序段，关锁lock和开锁unlock操作mutex
每个条件变量通常都和一个互斥锁一起使用,线程首先对mutex执行关锁操作，若成功便进入临界区，然后查找用于描述该资源状态的数据结构，以了解资源的情况。只要发现所需资源R正处于忙碌状态，线程便转为等待状态，并对mutex执行开锁操作后，等待资源被释放；若资源处于空闲状态，表明线程可以使用该资源，于是将该资源设置为忙碌状态，再对mutex执行开锁操作。
线程的实现方式有:用户级线程和内核支持线程。
内核支持线程是:无论是用户进程中的线程还是系统进程中的线程，他们的创建、撤消和切换等，都是依靠内核实现的。此外，内核空间中还每个线程设置了一个线程控制块。
用户级线程仅存在于用户空间中。这种线程的创建、撤消、同步等都无须利用系统调用来实现。所以线程的切换速度特别快。内核完全不知道用户级线程的存在。
用户级线程的调度以:进程为单位，而内核支持线程的调度以线程为单位。
用户级线程的实现可分为:运行时系统和内核控制线程。