二、进程的定义、组成、组成方式及特征 |
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一、进程的定义
1.1 进程的定义
程序:就是一个指令序列 早期的计算机只支持单道程序引入多道程序技术后: 系统为每个运行的程序配置一个数据结构,称为进程控制块(PCB),用来描述进程的各种信息(如程序代码存放位置) 为了方便操作系统管理,完成个程序并发执行,引入了进程、进程实体的概念 进程实体(进程映像):程序段、数据段、PCB三部分组成了进程实体(进程映像)。一般情况下,我们把进程实实体体就简称为进程。例如,所谓创建进程,是创建进程实体中的PCB;而撤销进程就是撤销进程实体中的PCB. 注意:PCB是进程中存在的唯一标志。 从不同角度,进程可以有不同的定义,比较传统典型的定义有: 三者皆强调动态性 进程是程序的一次执行过程。进程是一个程序及其数据再处理机上顺序执行时所发生的活动进程是具有独立功能的程序在数据集合上的运行过程,它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 1.2 进程的组成进程(进程实体) 由程序段、数据段、PCB 三部分组成 在一个系统中,通常有数十、数百乃至数千个PCB。为了能对他们加以有效的管理,应该用适当的方式把这些PCB组织起来。 注:进程的组成讨论的是一个进程内部由哪些部分构成的问题,而进程的组织讨论的是多个进程之间的组织方式问题 进程和程序是连个截然不同的概念,相比于程序,进程拥有以下特征: 进程是程序的一次执行。在这个执行的过程中,有时进程正在被CPU处理,有时又需要等待CPU服务,可见,进程的状态是会有各种变化。为了方便对各个进程的管理,操作系统需要将进程合理的划分为几种状态。 进程的三种基本状态:运行态、就绪态、阻塞态 注意:注意:单核处理机环境下,每一时刻最多只有一个进程处于运行态。(双核环境下可以同时有两个进程处于运行态) 进程的另外两种状态: 注意:不能由阻塞态直接转换为运行态,也不能由就绪态直接转换为阻塞态(因为进入阻塞态是进程主动请求的,必然需要进程在运行时才能发出这种请求) 2.3 小结进程控制的主要功能就是对系统中的所有进程实施有效的管理,它具有创建进程、撤销进程、实现进程状态转换的功能。 简化理解:进程控制就是要实现进程的状态转换 用原语实现进程控制。原语的特点就是执行期间不允许中断,只能一气呵成。 这种不可被中断的操作即原子操作 原语采用”关中断指令“和”开中断指令“实现 显然,关/开中断指令的权限非常大,必然是只允许在核心态下执行的特权指令 3.2.2 原语如何实现进程控制进程控制会导致进程状态的切换,无论哪个原语,要做的无非就是三类事情: 更新PCB中的信息(如修改进程状态标志、将运行环境保存到PCB、从PCB恢复运行环境) 所有的进程控制原语一定会修改进程的状态标志剥夺当前运行进程的CPU使用权必然需要保存其运行环境某进程开始运行前必然要恢复其运行环境 将PCB插入合适的队列分配/回收资源 3.2.3 原语实现对进程的操作1.原语实现进程创建 进程通信就是指进程之间的信息交换。 进程是分配系统资源的单位(包括内存地址空间),因此各进程拥有的内存地址空间相互独立。 为保证安全,一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。 但是进程之间的信息交换又是必须实现的。为了保证进程间的安全通信,操作系统提供了一些方法。
用户级线程由应用程序通过线程库实现。 所有的线程管理工作都由应用程序负责(包括线程切换)用户级线程中,线程切换可以在用户态下即完成,无需操作系统干预。 在用户看来,是有多个线程。但是在操作系统内核看来,并意识不到线程的存在。(用户级线程对用户不透明,对操作系统透明)可以这样理解,“用户级线程” 就是“从用户视角看能看到的线程” 内核级线程的管理工作由操作系统内核完成。 线程调度、切换等工作都由内核负责,因此内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成。可以这样理解,“内核级线程” 就是“从操.作系统内核视角看能看到的线程” 在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中,由几个用户级线程映射到几个内核级线程的问题引出了“多线程模型”问题。 5.5.1 多对一模型多对一模型: 多个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用 户进程只对应一个内核级 线程。 **优点:**用户级线程的切换在用户空间即可完成,不需要切换到核心态,线程管理的系统开销小,效率高 **缺点:**当一个用户级线程被阻塞后,整个进程都会被阻塞,并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行 一对一模型:一个用户及线程映射到一个内核级线程。每个用户进程有与用户级线程同 数量的内核级线程。 **优点:**当一个线程被阻塞后,别的线程还可以继续执行,并发能力强。多线程可在多核 处理机上并行执行。 **缺点:**一个用户进程会占用多个内核级线程,线程切换由操作系统内核完成,需要切换到 核心态,因此线程管理的成本高,开销大。 5.5.3 多对多模型多对多模型: n用户及线程映射到m个内核级线程(n>=m)。每个用户进程对应m个内核级线程。 克服了多对一模型并发度不高的缺点,又克服了一对一模型中一个用户进程占用太多内核级线程,开销太大的缺点。 |
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