軟考——操作系統知識之進程管理

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進程管理

概述

操作系統的作用：通過資源管理提高計算機系統的效率；改善人機界面向用戶提供友好的工作環境

特征：并發性、共享性、虛擬性、不確定性

功能：進程管理、存儲管理、文件管理、設備管理、作業管理

分類：批處理操作系統、分時操作系統（輪流使用CPU工作片）、實時操作系統（快速相應）、網絡操作系統、分布式操作系統（物理分散的計算機互聯系統）、微機操作系統（Windows）、嵌入式操作系統

計算機啟動流程：BIOS->主引導記錄->操作系統

進程的組成和狀態

組成：進程控制塊PCB（唯一標志）、程序（描述進程要做什么）、數據（存放進程執行時所需數據）

三態圖：

前趨圖：用來表示哪些任務可以并行執行，哪些任務之間有順序關系

ABC可以并行執行，但是必須ABC都執行完成之后，才能執行D

進程資源圖：用來表示進程和資源之間的分配和請求關系

阻塞節點：某進程所請求的資源已經全部分配完畢，無法獲取所需資源，該進程被阻塞了無法繼續（P2）

非阻塞節點：某進程所請求的資源還有剩余，可以分配給該進程繼續運行。如P1、P3

當一個進程資源圖中所有進程都是阻塞節點時，即陷入死鎖狀態

進程資源圖化簡順序：從非阻塞節點開始化簡，并且節點使用完資源后需要釋放資源，按順序查看下個節點的資源數是否符合

同步與互斥

互斥：某資源（臨界資源）在同一時間內只能由一個任務單獨使用，使用時需要加鎖，使用完后解鎖才能被其他任務使用：如打印機

同步：多個任務可以并發執行，只不過有速度上的差異，在一定情況下停下等待，不存在資源是否單獨或共享問題；如自行車、汽車

臨界資源：個進程間需要以互斥方式對其進行訪問的資源

臨界區：指進程中對臨界資源實施操作的那段程序（本質是一段代碼）

互斥信號量：對臨界資源采用互斥訪問，使用互斥信號量后其他進程無法訪問，初值為1

同步信號量：對共享資源的訪問控制，初值一般是共享資源的數量

信號量操作

P操作：申請資源，S=S-1，若S>=0，則執行P操作的進程繼續執行；若S<0，則置該進程為阻塞狀態（因為無可用資源），并將其插入阻塞隊列

V操作：釋放資源，S=S+1，若S>0，則執行V操作的進程繼續執行；若S<=0，則從阻塞狀態喚醒一個進程，并將其插入就緒隊列（此時因為減少資源被P操作阻塞的進程可以繼續執行），然后執行V操作的進程繼續。

死鎖

當一個進程在等待永遠不可能發生的事件時，就會產生死鎖，若系統中有多個進程處于死鎖狀態，就會造成系統死鎖

死鎖產生的四個必要條件：

? 資源互斥

? 每個進程占有資源并等待其他資源

? 系統不能剝奪進程資源

? 進程資源圖是一個環路

死鎖避免：一般采用銀行家算法，提前計算出一條不會發生死鎖的資源分配方法，才分配資源，否則不分配資源

死鎖檢測：允許死鎖發生，但系統定時運行一個檢測死鎖的程序，若檢測到系統中發生死鎖，則設法解除

死鎖解除：即死鎖發生后的解除方法，如強制剝奪資源、撤銷進程

死鎖計算：系統內有n個進程，每個進程都需要R個資源，那么其發生死鎖的最大資源數為n*(R-1)。其不發生死鎖的最小資源數為n*(R-1)+1

線程

傳統的進程有兩個屬性：可擁有資源的獨立單位；可獨立調度和分配的基本單位

線程：是獨立調度的最小單位，可以共享進程的公共數據、全局變量、代碼、文件等資源，但不能共享線程擁有的資源

進程：是擁有資源的最小單位

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