操作系统note

来源：互联网发布：release 优化编辑：程序博客网时间：2024/06/18 09:45

线程与进程的比较

1) 调度。在传统的操作系统中，拥有资源和独立调度的基本单位都是进程。在引入线程的操作系统中，线程是独立调度的基本单位，进程是资源拥有的基本单位。在同一进程中，线程的切换不会引起进程切换。在不同进程中进行线程切换,如从一个进程内的线程切换到另一个进程中的线程时，会引起进程切换。

2) 拥有资源。不论是传统操作系统还是设有线程的操作系统，进程都是拥有资源的基本单位，而线程不拥有系统资源（也有一点必不可少的资源），但线程可以访问其隶属进程的系统资源。

3) 并发性。在引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，而且多个线程之间也可以并发执行，从而使操作系统具有更好的并发性，提高了系统的吞吐量。

4) 系统开销。由于创建或撤销进程时，系统都要为之分配或回收资源，如内存空间、 I/O设备等，因此操作系统所付出的开销远大于创建或撤销线程时的开销。类似地，在进行进程切换时，涉及当前执行进程CPU环境的保存及新调度到进程CPU环境的设置，而线程切换时只需保存和设置少量寄存器内容，开销很小。此外，由于同一进程内的多个线程共享进程的地址空间，因此，这些线程之间的同步与通信非常容易实现，甚至无需操作系统的干预。

5) 地址空间和其他资源（如打开的文件）：进程的地址空间之间互相独立，同一进程的各线程间共享进程的资源，某进程内的线程对于其他进程不可见。

6) 通信方面：进程间通信(IPC)需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性，而线程间可以直接读/写进程数据段（如全局变量）来进行通信。

上下文：

LINUX完全注释中的一段话：

当一个进程在执行时,CPU的所有寄存器中的值、进程的状态以及堆栈中的内容被称为该进程的上下文。当内核需要切换到另一个进程时，它需要保存当前进程的所有状态，即保存当前进程的上下文，以便在再次执行该进程时，能够必得到切换时的状态执行下去。在LINUX中，当前进程上下文均保存在进程的任务数据结构中。在发生中断时,内核就在被中断进程的上下文中，在内核态下执行中断服务例程。但同时会保留所有需要用到的资源，以便中继服务结束时能恢复被中断进程的执行。

Linux用户级线程和内核级线程区别

1.内核级线程：

（1）线程的创建、撤销和切换等，都需要内核直接实现，即内核了解每一个作为可调度实体的线程。
（2）这些线程可以在全系统内进行资源的竞争。
（3）内核空间内为每一个内核支持线程设置了一个线程控制块（TCB），内核根据该控制块，感知线程的存在，并进行控制。
在一定程度上类似于进程，只是创建、调度的开销要比进程小。有的统计是1：10

2.用户级线程：

（1）用户级线程仅存在于用户空间。——>对比内核(3)
（2）内核并不能看到用户线程。——>重要的区别
（3）内核资源的分配仍然是按照进程进行分配的；各个用户线程只能在进程内进行资源竞争。

在单处理器系统中，任何时候只有一个进程在运行，要么处于用户态，要么处于内核态。如果运行在内核态，处理器就执行一些内核例程。例如一个进程处于用户态，发出系统调用之后，进入内核态，然后系统调用被执行。直到发生定时中断并且调度程序在内核态被激活，进程才恢复到用户态。

可以有几种方式激活内核例程：

进程执行系统调用。
正在执行进程的CPU发生一个异常。
外围设备向CPU发出一个中断1。
内核线程被执行。

总的概括来讲，系统调用在系统中的主要用途无非以下几类：

l 控制硬件——系统调用往往作为硬件资源和用户空间的抽象接口，比如读写文件时用到的write/read调用。

l 设置系统状态或读取内核数据——因为系统调用是用户空间和内核的唯一通讯手段[2]，所以用户设置系统状态，比如开/关某项内核服务（设置某个内核变量），或读取内核数据都必须通过系统调用。比如getpgid、getpriority、setpriority、sethostname

l 进程管理——一系统调用接口是用来保证系统中进程能以多任务在虚拟内存环境下得以运行。比如 fork、clone、execve、exit等

第二，什么服务应该存在于内核；或者说什么功能应该实现在内核而不是在用户空间。这个问题并没有明确的答案，有些服务你可以选择在内核完成，也可以在用户空间完成。选择在内核完成通常基于以下考虑：

l 服务必须获得内核数据，比如一些服务必须获得中断或系统时间等内核数据。

l 从安全角度考虑，在内核中提供的服务相比用户空间提供的毫无疑问更安全，很难被非法访问到。

l 从效率考虑，在内核实现服务避免了和用户空间来回传递数据以及保护现场等步骤，因此效率往往要比在用户空间实现高许多。比如,httpd等服务。

l 如果内核和用户空间都需要使用该服务，那么最好实现在内核空间，比如随机数产生。

理解上述道理对掌握系统调用的本质意义很大，希望网友们能从使用中多总结，多思考。

死锁

死锁产生的原因

1) 系统资源的竞争

通常系统中拥有的不可剥夺资源，其数量不足以满足多个进程运行的需要，使得进程在运行过程中，会因争夺资源而陷入僵局，如磁带机、打印机等。只有对不可剥夺资源的竞争才可能产生死锁，对可剥夺资源的竞争是不会引起死锁的。

2) 进程推进顺序非法

进程在运行过程中，请求和释放资源的顺序不当，也同样会导致死锁。例如，并发进程 P1、P2分别保持了资源R1、R2，而进程P1申请资源R2，进程P2申请资源R1时，两者都会因为所需资源被占用而阻塞。

信号量使用不当也会造成死锁。进程间彼此相互等待对方发来的消息，结果也会使得这些进程间无法继续向前推进。例如，进程A等待进程B发的消息，进程B又在等待进程A 发的消息，可以看出进程A和B不是因为竞争同一资源，而是在等待对方的资源导致死锁。

3) 死锁产生的必要条件

产生死锁必须同时满足以下四个条件，只要其中任一条件不成立，死锁就不会发生。

互斥条件：进程要求对所分配的资源（如打印机）进行排他性控制，即在一段时间内某资源仅为一个进程所占有。此时若有其他进程请求该资源，则请求进程只能等待。
不剥夺条件：进程所获得的资源在未使用完毕之前，不能被其他进程强行夺走，即只能由获得该资源的进程自己来释放（只能是主动释放)。
请求和保持条件：进程已经保持了至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其他进程占有，此时请求进程被阻塞，但对自己已获得的资源保持不放。
循环等待条件：存在一种进程资源的循环等待链，链中每一个进程已获得的资源同时被链中下一个进程所请求。即存在一个处于等待状态的进程集合{Pl, P2, ..., pn}，其中Pi等待的资源被P(i+1)占有（i=0, 1, ..., n-1)，Pn等待的资源被P0占有，

批处理系统优缺点:

作业按照它们的性质分组（或分批），然后再成组（或成批）地提交给计算机系统，由计算机自动完成后再输出结果，从而减少作业建立和结束过程中的时间浪费。根据在内存中允许存放的作业数，批处理系统又分为单道批处理系统和多道批处理系统。优缺点现在的批处理系统主要指多道批处理系统，它通常用在以科学计算为主的大中型计算机上，由于多道程序能交替使用CPU，提高了CPU及其他系统资源的利用率，同时也提高了系统的效率。多道批处理系统的缺点是延长了作业的周转时间，用户不能进行直接干预，缺少交互性，不利于程序的开发与调试。特点多道-在内存中同时存放多个作业，使之同时处于运行状态，这些作业共享CPU和外部设备等资源。成批-用户和他的作业之间没有交互性。用户自己不能干预自己的作业的运行，发现作业错误不能及时改正便于多用户对一个终端同时进行操作。

0 0