进程与线程

进程的组成

1. 进程控制块PCB

   使程序能成为独立运行的单位，并可和其他进程并发执行

2. 程序段
3. 数据段
4. 堆栈

操作系统内核

核心态

能执行一切命令，访问所有寄存器和存储区

用户态

只能执行规定的命令，访问指定的寄存器和存储区

原语

由若干条指令构成，是原子操作

内核在执行某些基本操作时，往往时利用原语操作实现的

创建原语要做的事情：

1. 申请空白PCB
2. 为进程分配资源
3. 初始化PCB
   1. 初始化进程描述信息
   2. 初始化处理机状态信息
   3. 初始化进程控制信息
4. 将新进程插入就绪队列

撤销原语要做的事情：

1. 查找撤销进程的PCB
2. 终止正在执行的进程，并进行进程调度
3. 终止子进程
4. 归还资源
5. 移除所在队列

阻塞原语要做的事情：

1. 停止进程的执行
2. 将进程插入阻塞队列，改变进程在PCB的状元
3. 重新调度

唤醒原语要做的事情：

1. 将进程从阻塞队列解下
2. 将进程插入就绪队列
3. 改变进程在PCB的状态

挂起原语要做的工作：

1. 检查被挂起进程的状态
2. 若是就绪状态或正在运行则将其变为就绪挂起状态，若在阻塞则变为阻塞挂起状态

激活原语要做的事情：

1. 检查被激活进程的状态
2. 若处于就绪挂起状态则变为就绪状态，若处于阻塞挂起状态则变为阻塞状态
3. 若系统为抢占式系统，则进行进程调度

进程 的两个基本属性:

1. 进程是拥有资源的独立单位
2. 进程是独立调度和分派的基本单位

线程 是系统独立调度和分派的基本单位，不拥有资源只有TCB及堆栈

进程的同步与通信

同步机制应遵循的准则

空闲让进

忙则等待

有限等待

让权等待

互斥实现的硬件方法

禁止中断

专用机器指令

1. TS指令

   无法实现让权等待

2. Swap指令

互斥实现的软件方法

单标志算法

//进程0
while (turn!=0)
		//...
//临界区
turn = 1;
//剩余区

//进程1
while (turn!=1) do
		//...
//临界区
turn = 0;
//剩余区

无法保证空闲让进

双标志、先检查算法

//进程0
while (flag[1])
	...
flag[0]=true;
//临界区
flag[0] =false;
//剩余区;

//进程1
while ( flag[0])
	...
flag[1]=true;
//临界区
flag[1] =false;
//剩余区

无法保证忙则等待

双标志、先修改后检查算法

//进程0
flag[0]=true;
while (flag[1])
  ...
//临界区
flag[0] =false;
//剩余区

//进程1
flag[1]=true;
while (flag[0])
  ...
//临界区
flag[1] =false ; 	
//剩余区

无法保证空闲让进

先修改、后检查、后修改算法

//进程0
flag[0]=true;
turn=1;
while (flag[1]) && (turn==1)
	...
//临界区
flag[0] =false ;
//剩余区

//进程1
flag[1]=true;
turn=0;
while (flag[0]) && (turn==0)
	...
//临界区
flag[1] =false ;
//剩余区

保证了空闲让进和忙则等待

信号量和PV操作

进程同步问题实例

生产者-消费者问题

semaphore mutex =1;  
semaphore empty = n;
semaphore full = 0;
//生产者进程
void  producer() {
   while(true){
     produce an item in data_p;
     P(empty);
     P(mutex);
     buffer[i] = data_p;
     i = (i + 1) % n;
     V(mutex);
     V(full);
   }
}
//消费者进程
void consumer(){
  while(true){
    P(full);
    P(mutex);
    data_c =  buffer[j];
    j = (j + 1) % n;
    V(mutex);
    V(empty);
    consume the item in data_c;
  }
}