标签：操作系统 队列 PCB 哈工大 进程 多线程 OS CPU
哈工大os学习笔记三（多线程）
文章目录
一、 从CPU管理引出进程
操作系统在管理cpu的时候引出了多进程
1.CPU的工作原理
取指执行
2.cpu计算速度与io不匹配（10^6:1）
io是机械设备动作非常慢，CPU是电子设备处理速度飞快
看到这个比例（100W条指令对应一条io），也就是说执行一次io的时间可以执行10^6次计算指令
极大地浪费了CPU的资源，CPU工作效率极低 只有50%
而实际上却是几十条计算指令对应一条io，CPU工作率接近为0
3.提高效率
接上，所以多线程，并行，并发，同时处理，中断，提升CPU效率（烧水去洗衣服，不能等着，这个时间可以打扫房间）
4.怎么实现多线程，并行，并发，同时处理
怎么进行切换？
修改pc指针，保护现场，恢复现场，利用栈，队列，PCB(Process Control Block)
5.进程的提出
CPU面对多道程序，在多个程序之间切换，就需要记录每个程序的现场信息（用PCB记录），以便再切回到一个程序时可以恢复。程序是静态的，但进程需要记录运行程序的现场信息等。可以简单地认为进程就是运行的程序。
小结
OS要管理CPU>OS要使用CPU>OS要取指执行程序>只执行一个程序CPU利用率极低>为了提升CPU利用率>CPU交替执行多个程序>进行交替切换就要记录程序的执行现场>引出动态的程序>引出进程。
利用进程来管理CPU，OS启动多个进程，让CPU去执行这多个进程，CPU就管理起来了，利用率就起来
二、多进程图像
包含两个部分： 什么是多进程图像
OS怎么实现多进程图像
大致讲解一个轮廓
1.多个进程使用CPU的图像
多进程图像就是多个进程交替推进的样子。对于普通用户来说，打开任务管理器，就可以看到各个进程的样子，比如对CPU、内存的使用情况等；对于操作系统来说，操作系统就会创建并维护好各个进程的PCB，保证多进程合理地向前推进。
linux/init/main.c中的main()函数完成内核初始化后执行if (!fork()) { init(); }代码，而init()函数就是启动一个shell（Windows启动一个窗口桌面），供用户使用。而shell中输入命令执行还是创建一个进程。自计算机开机到关机多进程图像就伴随始终，是操作系统的核心图像。
// shell的核心代码
int main(int argc, char * argv[])
{
while(1)
{
scanf(“%s”, cmd);
if(!fork())
{
exec(cmd);
}
wait();
}
}
2.多进程组织（PCB队列+状态）
状态之间的转化就是进程的向前 推进
3.多进程交替（队列操作+调度+切换）
启动磁盘读写;
pCur.state = ‘W’; // 运行状态 -> 等待状态
将 pCur 放到 DiskWaitQueue; // 当前进程PCB pCur 进入等待队列（队列操作）
schedule(); // 调度+切换
schedule()
{
pNew = getNext(ReadyQueue); // 从就绪队列中调度一个进程，新进程的PCB是 pNew
switch_to(pCur,pNew); // 从 pCur 进程切换到 pNew 进程，当前现场信息存
// 入pCur，用pNew信息恢复现场（CPU各寄存器等），
// 这需要精细控制（汇编实现）
}
4.多进程带来的问题
如下图，进程1修改了进程2地址空间的数据，这很糟糕！怎么办？多进程的地址空间相互隔离，基本思想是通过映射表实现地址之间的分离（内存管理的核心内容），也再一次能看出内存管理也是为多进程服务的。
DPL CPL是保护OS的机制
每个进程有自己的映射表
5.多进程合作
下面例子是说进程1和进程2同时向空闲区域7放入要打印的东西，由于多进程交替执行，有可能进程1还没有把东西全部放到7区域，进程2就开始在7区域放东西了，导致进程1和进程2打印的东西揉在了一起。
下面以生产者-消费者问题展示下多进程的合作，本节课只是简单介绍，后续章节会细致讲解。
下面是一个导致错误的示例。
下面是解决错误的方法。
进程同步（合理的推进顺序）不是你想切就切，需要做到一定程度才能切。
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参考资料
[1] 中国大学MOOC《操作系统》李治军 哈尔滨工业大学
[2]https://blog.csdn.net/ccnuacmhdu/article/details/105473309
标签：操作系统,队列,PCB,哈工大,进程,多线程,OS,CPU 来源： https://blog.csdn.net/qq_43241387/article/details/119080631
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