[校招宝典]操作系统核心之进程、线程与协程(上)
目录
操作系统的演进历史
多道程序设计
进程
进程状态模型
五状态模型
阻塞，非阻塞，同步，异步
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操作系统的进程
- 典型问题：
- 简述什么是进程
- 简述为什么操作系统需要进程
- 以下内容带您一步步了解
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操作系统的演进历史
- 1.无操作系统的时代->
- 特点：
- 人工操作
- 用户独占(不能执行别的用户的任务)
- CPU等待人工操作
- 资源利用率低
- 2.批处理系统的时代->
- 特点：
- 无需等待人工操作
- 批量输入任务
- 资源利用率提升
- 出现了多道程序设计
- 3.分时系统的时代
- 特点：
- 人机可以直接交互
- 多用户(不仅指人，如多软件，多进程，多系统)共享
- 能及时调试程序
- 资源利用率提升
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多道程序设计
- 早期的批处理系统只能一次处理一个任务
- 多道程序设计使得批处理系统可以一次处理多个任务
- 多道程序设计是指在计算机内存中同时存放多个程序
- 多道程序在计算机的管理程序之下相互穿插运行
- 对多道程序的管理是现代操作系统的重要功能
- 所以多道程序设计之后的操作系统的形态为：
- 用户无需面向硬件接口编程，利用操作系统来管理硬件资源
- 如：
- IO设备管理软件，提供读写接口
- 文件管理软件，提供操作文件接口
- 操作系统实现了对计算机硬件资源的管理和抽象
- 多道程序设计可能会遇到的问题
- 如何隔离不同程序需要使用的计算机资源？
- 操作系统如何进行不同程序的调度？
- 操作系统如何提升计算机资源的利用率和复用率？
- 答案：操作系统需要进程
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进程
- 为什么需要进程
- 进程是系统进行资源分配和调度的基本单位
- 进程作为程序独立运行的载体保障程序正常执行
- 进程的存在使得操作系统资源的利用率大幅提升
- 进程的形态
- 在主存里，进程也是一段连续存储的空间，这个空间称为进程控制块(PCB)
- 其中含有很多重要的信息：
- 标识符，状态，优先级，程序计数器，内存指针，上下文数据，IO状态信息，记账信息等等
- 标识符
- 标识符唯一标记一个进程，用于区别其它进程
- 状态
- 标记进程的进程状态，如运行态，阻塞态
- 程序计数器
- 指向进程即将被执行的下一条指令的地址
- 内存指针
- 程序代码，进程数据相关指针
- 上下文数据
- 存储的是进程执行时处理器存储的数据
- IO状态信息
- 存储的是被进程IO操作所占用的文件列表
- 记账信息
- 存储的是进程所使用的CPU时间，时钟数总和等
- 以上的都能归为4类：
- 1.进程标识符
- 2.进程处理机状态
- 3.进程调度信息
- 4.进程控制信息
- 进程控制块(PCB)是用于描述和控制进程运行的通用数据结构
- 用于记录进程当前状态和控制进程运行的全部信息
- PCB使得进程是能够独立运行的基本单位
- 由于PCB是操作系统进行调度经常会被读取的信息
- 所以PCB是常驻内存的，存放在系统专门开辟的PCB区域内
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进程状态模型
- 典型问题：
- 简述阻塞、非阻塞、同步、异步
- 简述为什么进程会发生阻塞
- 以下内容带您一步步了解
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五状态模型
- 典型的进程的状态分别有创建状态，就绪状态，终止状态，阻塞状态，执行状态
- 就绪状态
- 当进程被分配到除CPU以外所有必要的资源后
- 只要再获得CPU的使用权，就可以立即运行，随时可以被调度去执行
- 也就是其它资源都准备好了，只差CPU资源的状态为就绪状态
- 执行状态
- 进程获得CPU，其程序正在执行称为执行状态
- 在单处理机中，在某个时刻只能有一个进程是处于执行状态
- 阻塞状态
- 进程因某种原因如：其它设备未就绪而无法继续执行
- 从而放弃CPU的状态称为阻塞状态
- 各状态之间关系
- 从就绪状态到执行状态就是经过进程调度(也就是分配CPU资源)
- 从执行状态到就绪状态就是时间片用完了
- 从执行状态到阻塞状态主要是某些资源没有就绪，如IO请求未完成
- 从阻塞状态到就绪状态就是把之前未就绪的完成了，如IO完成
- 创建状态
- 对于创建状态操作系统需要很多准备工作
- 主要是分配PCB(进程控制块)，再把这些数据插入就绪队列
- 创建进程时拥有PCB但其它资源尚未就绪的状态称为创建状态
- 终止状态
- 在终止状态，操作系统主要做一些清理工作
- 进程结束由系统清理或者归还PCB的状态称为终止状态
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阻塞，非阻塞，同步，异步
- 阻塞典型的就是一个IO过程
- IO过程从调用到返回会经历一段时间
- 因为通常外围设备如磁盘，网卡在读写数据时并没有CPU那么快
- 这段时间进程的状态就称为阻塞状态
- 非阻塞也例一个IO过程
- 但是在调用时会直接返回，转而去执行别的工作，等IO完成之后，由别的设备通知它说这个过程已经完成，这时进程才返回IO的任务去读取这个数据
- 因为进程它是一直在运行的，没有进行等待
- 这个过程就称为非阻塞状态
- 由此延伸出同步和异步的概念
- 阻塞状态这边属于同步的过程
- 因为它的准备过程需要一段时间，进程在这段时间并没有干任何事情，而是同步地等待
- 一直等待到数据进行返回才接收这个数据进行后续的工作，是一个同步等待的过程
- 异步是相对于同步而言的
- 非阻塞状态这边就有异步的过程
- 因为进程它在IO之后没有进行同步地等待，而是转而去干别的事情了
- 并且等IO过程准备好之后进行通知，进程在接收到这个通知后才进行切换回来来读这个数据
- 这个过程因为数据的准备以及进程运行别的事情是并行地在执行的
- 这就能称它的IO读取是异步的过程
- 同步和异步主要是通过消息的通知机制去理解的
- 阻塞里的通知是一直准备地通知，所以是同步
- 非阻塞里的通知是数据准备好之后主动通知这个进程，然后让这个进程去读取的
- 同步和异步强调的是消息通信机制
- 阻塞和非阻塞强调的是程序在等待调用结果时的状态
- 阻塞调用指的是当调用结果返回之前，当前进程会被挂起，也就是会切换出CPU，调用进程只有在得到结果之后才会返回
- 非阻塞调用指的是不能立马得到结果之前，这个调用并不会阻塞当前进程
- 再补充一些例子
- 关于阻塞状态同步的代码写法在读写磁盘、读写网络时都是属于阻塞状态