计算机操作系统进程管理

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计算机操作系统简要，以及进程管理简要

计算机操作系统

作用

通过资源管理提高计算机系统的效率； 改善人机界面向用户提供友好的工作环境。

特征

并发性 、 共享性 、 虚拟性 、 不确定性。

功能

进程管理 、存储管理 、 文件管理 、设备管理 、作业管理。

分类

批处理操作系统 、分时操作系统（轮流使用CPU工作片） 、
实时操作系统（快速响应） 、网络操作系统 、分布式操作系统（物理分散的
计 算机互联系统） 、微机操作系统（Windows） 、嵌入式操作系统。

启动流程

BIOS->主引导记录->操作系统。

进程

进程是计算机中正在运行的程序的实例 。它是操作系统进行资源分配和管理的基本单位， 包括代码、数据和执行状态等信息

进程控制块PCB（唯一标志） 、程序（描述进程要做什么） 、数据（存放进程执行时 所需数据）

状态图

分为三态图，五态图
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前趋图

用来表示哪些任务可以并行执行， 哪些任务之间有顺序关系
任务间的并行 、 任务间的先后顺序。
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资源图

用来表示进程和资源之间的分配和请求关系。
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P代表进程， R代表资源， R方框中有几个圆球就表示有几个这种资源， 在图中， R1指向P1， 表示R1有一个资源已经分配给了P1， P1指向R2， 表示P1还需要P1请求一个R2资源才能执行。

阻塞节点： 某进程所请求的资源已经全部分配完毕，先分配，后请求， 无法获取所需资源， 该进程被阻塞了无法
继 续 。如上图中P2。
非阻塞节点： 某进程所请求的资源还有剩余， 可以分配给该进程继续运行 。如上图中P1、P3。
当一个进程资源图中所有进程都是阻塞节点时， 即陷入死锁状态。

同步与互斥

互斥： 某资源（即临界资源）在同一时间内只能由一个任务单独使用， 使用时需要加锁，使用完后解锁才能被其他任务使用；

临界资源： 各进程间需要以互斥方式对其进行访问的资源。
临界区： 指进程中对临界资源实施操作的那段程序 。本质是一段程序代码。
互斥信号量：对临界资源采用互斥访问，使用互斥信号量后其他进程无法访问，初值为1。

同步： 多个任务可以并发执行， 只不过有速度上的差异，在一定情况下停下等待，不存在资源是否单独或共享的问题；

同步信号量： 对共享资源的访问控制，初值一般是共享资源的数量。

信号量

P操作： 申请资源， S=S-1，若S>=0， 则执行P操作的进程继续执行；若S<0， 则
置该进程为阻塞状态（因为无可用资源），并将其插入阻塞队列。
V操作： 释放资源， S=S+1，若S>0， 代表此时资源有空余， 没有阻塞的进程， 则
该进程继续执行； 若S<=0， 代表此时线程在被阻塞， 所以需要从阻塞状态唤醒一
个进程， 并将其插入就绪队列（此时因为缺少资源被P操作阻塞的进程可以继续执
行），然后执行V操作的进程继续。

经典问题： 生产者和消费者的问题
三个信号量： 互斥信号量S0（仓库独立使用权）， 同步信号量S1（仓库空闲位
置）， 同步信号量S2（仓库商品个数） 。
生产者流程：
生产一个商品S
P(S0) 占用仓库
P(S1) 申请资源，申请一个位置
将商品放入仓库中
V(S2) 释放资源，商品个数+1
V(S0) 不再占用仓库
消费者流程：
P(S0) 占用仓库
P(S2) 消耗一个商品，商品个数-1
取出一个商品
V(S1) 商品被取出，释放一个位置+1
V(S0) 不再占用仓库

1、PV对等，会形成平衡

2、先P后V

1、图上面都是P操作，下面都是V操作，根据V的信号量，在前驱图标出信号量S

前驱图：

指进去P操作，指进去的前面的点就是V操作，指出去V操作，指出去后面的点就是P操作

如果第一个进程只有一步，就是V操作

如果最后一个点只有一步，就是P操作

2、两个程序段推导，根据S信号量的初始值，然后PV的操作顺序，来控制程序等待，如果唤醒了其他进程，需要当前进程执行完，才去执行被唤醒的进程

死锁

当一个进程在等待永远不可能发生的事件时， 就会产生死锁， 若系统中
有 多个进程处于死锁状态， 就会造成系统死锁。
死锁产生的四个必要条件：
• 资源互斥
• 每个进程占有资源并等待其他资源
• 系统不能剥夺进程资源
• 进程资源图是一个环路。

死锁产生后， 解决措施是打破四大条件， 有下列方法：
死锁预防： 采用某种策略限制并发进程对于资源的请求，破坏死锁产生的四个条件之一， 使系统任何时刻都不满足死锁的条件。
死锁避免： 一般采用银行家算法来避免，银行家算法， 就是提前计算出一条不会死锁的资源分配方法， 才分配资源，否则不分配资源，相当于借贷， 考虑对方 还得起才借钱， 提前考虑好以后， 就可以避免死锁。
死锁检测： 允许死锁产生， 但系统定时运行一个检测死锁的程序，若检测到系
统 中发生死锁， 则设法加以解除。
死锁解除： 即死锁发生后的解除方法， 如强制剥夺资源，撤销进程等。

死锁计算问题： 系统内有n个进程，每个进程都需要R个资源，那么其发生死锁的最 大资源数为n（R-1） 。其不发生死锁的最小资源数为n（R-1）+1。

银行家算法问题：

根据总资源数-已分配资源数，得到剩余资源数，然后看满足哪个进程资源先执行，先执行后就会释放资源

线程

传统的进程有两个属性：
• 可拥有资源的独立单位
• 可独立调度和分配的基本单位
引入线程后， 线程是独立调度的最小单位， 进程是拥有资源的最小单位，
线程可以共享进程的公共数据 、全局变量 、代码 、文件等资源， 但不能
共 享线程独有的资源， 如线程的栈指针等标识数据