华北电力大学计算机专业考研专业课复习手把手教你考研复习

1、进程的基本概念

2、进程的控制

3、进程同步

4、经典的进程同步互斥问题

5、进程通信

6、线程定义及实现

进程的基本概念 为了提高计算机系统中各种资源的利用率，现代操作系统广泛采用多道程序技术（multi-programming），使多个程序同时在系统中存在并运行。描述进程的数据结构——进程控制块（PCB） 一个进程应该包括： 程序的代码； 程序的数据； PC中的值，用来指示下一条将运行的指令； 一组通用的寄存器的当前值，堆、栈； 一组系统资源（如打开的文件） 程序是文本，是语句的描述（静态） 进程是运行中的程序，含有上下文信息（动态） 结构特征：程序段、相关的数据段、PCB构成了进程实体 动态性：进程是进程实体的一次执行，进程的状态总是在变化，PCB的内容总是在变化 并发性：多个进程实体，同存于内存中，能在一段时间内同时运行（宏观上） 独立性：独立运行和资源调度的基本单位。每个进程都有“自己”的PC和内部状态，运行时独立于其他的进程（逻辑PC和物理PC） 异步性：以各自独立的、不可预知的速度向前推进

进程的控制 Running运行 Blocked阻塞 Ready就绪 进程的三种基本状态 1) 就绪(Ready)状态：进程一旦获得CPU就可以投入运行的状态 2) 执行状态：进程获得CPU正在运行的状态 3) 阻塞状态：进程由于等待资源或某个事件的发生而暂停执行的状态 运行à阻塞 等待I/O的结果 等待某一进程提供输入 运行à就绪 运行进程用完了时间片 运行进程被中断，因为一高优先级进程处于就绪状态 就绪 à 运行 调度程序选择一个新的进程运行 阻塞 à就绪 当所等待的事件发生时

进程同步 两个进程使用相同的一个共享一个资源（如共享文件，打印机等）引出进程同步问题。 进程在运行过程中所做的工作分为两类： 内部计算（不会导致竞争条件） 对共享内存或共享文件的访问（可能导致竞争条件） 我们把完成第二类工作的程序称为“临界区”，把需要互斥访问的共享资源称为“临界资源”。如果我们能设计出某种方法，使得任何两个进程都不会同时出现在临界区中，就可以避免竞争条件的出现。 由Dijkstra把整型信号量定义为一个整型量，除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作(Atomic Operation) wait(S)和signal(S)来访问。这两个操作一直被分别称为P、V操作。 wait(S): while S≤0 do no-op S:=S-1; signal(S): S:=S+1;

经典的进程同步互斥问题 4.1有3个客户在某天的日常生活中使用了某个 ATM 自动取款机。假设他们对 ATM 的使用顺序是 a 到来，a 进入， b 到来， c 到来， a 离开，b 进入， b 离开， c 进入， c 离开。 4.2某阅览室，最多可容纳100名读者同时阅览，当阅览室中少于100名读者时，阅览室外等候的读者可以立即进入，否则需要在外面等待。每个读者可看成一个进程。 semaphore seats； seats.value=100; while(阅览时间) { wait(seats); 进入阅览室； 阅读； 离开阅览室； signal(seats); } 4.3司机与售票员 while(上班时间) { 发动汽车； 正常运行； 到站停车； } while(上班时间) { 关闭车门； 售票； 打开车门； } 4.4两个并发进程的读写 设有一个缓冲区buffer，大小为一个字节（如图）。Compute进程不断产生字符，送buffer，Print进程从buffer中取出字符打印。如不加控制，会出现多种打印结果，这取决于这两个进程运行的相对速度。在这众多的打印结果中，只有Compute和Print进程的运行刚好匹配的一种是正确的，其它均为错误。 semaphore S_Empty； // 缓冲区是否为空，初值为1 semaphore S_Full; // 是否有数据写入，初值为0 while(计算未完成) { P(S_Empty); Write_Data( )； V(S_Full); } Compute while(打印未完成) { P(S_Full)； Print_Data( )； V(S_Empty); } Print 4.5有一个仓库，可以存放A和B 两种产品。要求：1)每次只能存入一种产品(A或B)；2)-N

进程通信 低级通信：只能传递状态和整数值（控制信息），包括用来实现进程同步和互斥的信号量和管程机制。优点是速度快。缺点是： 传送信息量小：每次通信传递的信息量固定，若需要传递较多信息，就得进行多次通信。 编程复杂：用户需要直接去实现通信的细节，编程复杂，容易出错。 高级通信：能够传送任意数量的数据，包括三类：共享内存、管道、消息。

线程定义及实现 进程当中的一条执行流程叫线程。 进程是资源分配单位，线程是CPU调度单位； 进程拥有一个完整的资源平台，而线程只独享必不可少的资源，如寄存器和栈； 线程同样具有就绪、阻塞和执行三种基本状态，同样具有状态之间的转换关系； 线程 ＝ 轻量级进程（lightweight process） 用户线程：在用户空间实现，时间片分配给进程； 内核线程：在内核中实现，时间片分配给线程；