進程的描述與控制
進程的描述
- 定義：程序+PCB（進程控制塊）+數據集合，是系統資源分配的最小單位。
- 目的：爲了使程序併發執行，並能對其加以描述和控制。
- 特徵：動態性、併發性、獨立性、異步性。
- 三種基本狀態：就緒態、運行態、阻塞態
進程的同步
- 同步方式：臨界區、互斥區、信號量、事件、管程
- 臨界區：在每個進程中訪問臨界資源的代碼稱爲臨界區；在進入臨界區之前，對臨界資源進行觀察，觀察是否被訪問。
- 管程：java虛擬機的方法級和方法內部的同步就使用了管程。 定義：定義了個數據結構和能爲併發進程在該數據結構上的一組操作，這組操作能同步進程和改變管程中的數據。即 管程是OOP的思想，將臨界資源抽象爲一組數據結構；將對資源的操作抽象爲一個方法。
- 管程和進程的區別：（1）管程是共享數據結構，如消息隊列；進程是私有的；（2）管程是爲了解決共享資源互斥問題，進程是爲了實現系統的併發性。（3）管程是被動工作，即進程進入管程訪問臨界區資源；進程是主動工作。（4）進程擁有動態性和併發性，而管程則沒有。
- 同步遵循的規則：空閒讓進、忙則等待、有限等待、讓權等待
- 出現死鎖的情況：必須同時滿足四條，互斥條件、請求與保持、循環等待、不可剝奪資源
- 避免死鎖的算法：銀行家算法+安全性算法
進程通信方式
- 主要有四大類：共享存儲區、管道通信、消息傳遞、客戶-服務器模型
- 管道：用於連接一個寫進程-讀進程的並實現它們之間的通信的文件，又名pipe。提供互斥、同步以及確認對方是否存在。
- C/S模型，最核心的就是套接字。基於文件型的套接字類似於管道，基於網絡的套接字就和平常我們說的一致。
線程相關
- 定義：系統調度和分配的最小單位
- 目的：和進程類似，爲了OS有更好的併發性。
- 和進程的區別：（1）進程是最小的可擁有資源的獨立單位，換言之，線程並沒有獨立的資源。（2）併發性：進程之間能併發執行；同一進程的多個線程也能併發執行。（3）切換：進程在切換時消耗的資源大於線程；但一個進程崩潰不會影響其他進程；而一個線程崩潰則隸屬於的整個進程拉閘。（4）獨立性：進程擁有自己的PCB數據結構，是獨立的；而線程是共享進程的資源，談不上什麼獨立性。
- 線程的實現方式：（1）內核態線程 （2）用戶態線程 （3）二者混用
- java線程間通信方式：線程不獨立佔有資源，所以線程間進行通信主要就是爲了同步（1）互斥鎖 （2）信號量 （3）對於讀寫進程單向的管道 （4）wait/notify （5）臨界區也算上一個吧
調度算法
- 先來先服務（FCFS）：最簡單的，顧名思義，哪個進程先到就先服務哪個。
- 短作業優先（SJF）：屬於優先級調度算法的一種，以作業長度爲優先級判定。 缺點：（1）對長作業非常不利 （2）人機無法進行交互 （3）沒有考慮每個作業的緊迫程度
- 高響應比優先：結合了FCFS和SJF，本質上你我覺得還是優先級算法。
- 進程調度
- 進程調度的任務：（1）保存CPU當前的現場信息，如程序計數器、通用寄存器中的內容，將斷點信息保存到PCB中。（2）選取下一個執行的進程，改爲運行態 （3）將CPU分配給進程，並讓其從上次斷點處開始運行，把斷點信息裝入寄存器中。
- 組成部分：（1）排隊器 （2）分配器 （3）上下文切換器
- 調度方式：（1）協同式 （2）搶佔式
- 搶佔式調度：（1）RR時間片輪轉 （2）優先級調度算法 （3）多級反饋隊列調度算法
內存分區分配方式
- 單一連續分配
- 固定分區分配
- 動態分區分配（可變分區分配）：（1）基於順序搜索分配算法 （2）基於索引分配算法
- 基於順序搜索：（1）首次適應算法 （2）循環首次 （3）最佳適應算法 （4）最壞適應算法
- 首次適應算法（FF）:從可分配內存的鏈首開始尋找，找到一個可以用的內存空間，裝進去，OK。 缺點：大量碎片
- 循環首次：不是從鏈首了，而是從上一次找到的空閒分區的下一個開始。
- 最佳適應：找到一個和需要內存大小相近的空間，裝進去。 缺點：大量碎片
- 最壞適應：找最大的內存空間，寅吃卯糧。 優點：查找效率高，碎片少。
- 基於索引分配：（1）快速適應 （2）夥伴系統 （3）哈希算法
- 動態可重定位分配：（1）相對於動態分區分配多一個“緊湊”，即碎片整理功能。
頁面置換算法
- 最佳置換算法：這個東西實際應用中實現不了，但是可以作爲一個檢驗性能的標杆。核心就是，觀察已經存入的內存頁面，將最長時間（未來）不再訪問的頁面換出。而實際應用中，我們明顯無法預測到未來，到底是個什麼情況。
- 先進先出FIFO：啥都有它，不介紹了
- 最近最久未使用置換算法LRU：顧名思義，就是將內存中最近最久沒有使用的頁面置換出去。 操作系統中實現它使用了寄存器和棧，這個棧很精髓，編程實現的話要用這個。用棧保存當前使用各個頁面的頁號，每當進程訪問某頁面 的時候，便將該頁面的頁號從棧中移除並壓入棧頂，因此，棧頂始終是最新被訪問頁面的頁號，棧底是最久未使用的頁號。