软考——操作系统知识之进程管理

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进程管理

概述

操作系统的作用：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（快速相应）、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

计算机启动流程：BIOS->主引导记录->操作系统

进程的组成和状态

组成：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）

三态图：

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

ABC可以并行执行，但是必须ABC都执行完成之后，才能执行D

进程资源图：用来表示进程和资源之间的分配和请求关系

阻塞节点：某进程所请求的资源已经全部分配完毕，无法获取所需资源，该进程被阻塞了无法继续（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

进程资源图化简顺序：从非阻塞节点开始化简，并且节点使用完资源后需要释放资源，按顺序查看下个节点的资源数是否符合

同步与互斥

互斥：某资源（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：如打印机

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问题；如自行车、汽车

临界资源：个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

信号量操作

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，则执行V操作的进程继续执行；若S<=0，则从阻塞状态唤醒一个进程，并将其插入就绪队列（此时因为减少资源被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。

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

死锁避免：一般采用银行家算法，提前计算出一条不会发生死锁的资源分配方法，才分配资源，否则不分配资源

死锁检测：允许死锁发生，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

死锁计算：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

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

线程：是独立调度的最小单位，可以共享进程的公共数据、全局变量、代码、文件等资源，但不能共享线程拥有的资源

进程：是拥有资源的最小单位

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