标签：管理 系统 笔记 分配 学习 内存 进程 OS CPU

文章目录

• 一、硬件角度
• • 1、冯诺依曼体系：
• 二、软件角度
• • 操作系统（OS）
• 三、关于核心硬件的协调管理
• • 1、进程管理
  • 2、进程调度
  • • 1）进程的状态
    • 2）状态转移图
  • 3、现场保护、现场恢复
  • 4、根据哪些算法选择一个进程来分配 CPU
• 四、在 OS 语境下的 并发（concurrent）和并行（parallel）
• • 1、并发：假同时
  • 2、并行：真同时
• 五、用户态（user space） 内核态（kernel space）
• 六、内存管理
• • 1、物理地址
  • 2、逻辑地址（线性地址）
• 七、进程间通信
• • 1、进程间通信的常见形式
• 总结

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一、硬件角度

1、冯诺依曼体系：

• CPU（运算器 + 控制器） + 内存 + 输入/输出设备
• CPU 的工作模式 ：
  • 正常模式：取码 ----》译码 ----》执行 核心寄存器（PC寄存器） 从开机到关机一直在不停的工作
  • 中断模式：中断源、中断类型、中断向量表 核心：执行流的切换（允许CPU去执行一段其他的事情再回头继续执行，切换核心：上下文保护（现场保护））。
• 内存是 RAM，支持 O（1）时间复杂度根据地址去访问。

二、软件角度

操作系统（OS）

• 是一个负责管理、协调的软件。主要管理硬件（CPU、内存、硬盘、网络、其他硬件），对应操作系统负责上面的模块：进程管理、内存管理、文件管理、网络管理、驱动管理。
• 为了管理协调分配资源有了两个核心概念
  • 程序（program)：指令 + 数据 组成，一般是以文件的形式存在。 菜谱
  • 进程（process）：对程序一次执行过程的抽象的结果。 做菜的过程
  • 每个程序，支持同时有多个进程存在。进程是资源（硬件资源）分配的基本单位。
  • 线程（thread):每一个进程都是由一个或者多个线程组成；线程是调度（CPU 分配）的基本单位。

三、关于核心硬件的协调管理

• CPU：以时间为单位进行分配；----进程调度（进程管理）
• 内存：以空间为单位进行分配。 ----内存管理

1、进程管理

• 进程：计算机硬件的视角 ---- 一组有关联的数据（一个对象）

classPCB ProcessControlBlock {
	//1、唯一标识  pid
	//2、和程序相关的一些信息（程序文件是哪个）
	//3、运行阶段的一些数据（哪个用户、在哪个路径启动..）
	//4、分配的资源的统计信息
	//5、关于调度相关的
}

• OS 内部通过管理 List< PCB> 或者 Map< pid, PCB> 来达到管理进程的目的。

2、进程调度

1）进程的状态

• 就绪态：进程一切准备就绪，只差分配 CPU 了。
• 运行态：进程已经被分配到 CPU 了，已经开始运行。
• 由于一些原因，暂时未就绪，暂不能分配 CPU。
  • 初始态：进程刚刚创建完成，还没有准备。
  • 结束态：进程任务已经结束了，但是操作系统还没有来得及回收。
  • 阻塞态：运行过程中出现一些问题（等待IO）。

2）状态转移图

• 运行态只能通过就绪态达到。
• 并不是一旦就绪就一定有 CPU 分配。只有处于就绪状态，才有可能被分配 CPU。
• 哪些情况可能导致从运行态到其他状态？
  • 执行结束
  • 时间片耗尽
  • 被高优先级的进程抢占
  • 等待外部事件（IO）

3、现场保护、现场恢复

• 现场：CPU 中寄存器中的重要数据（核心：PC）
• 保护：把对应的数据保存到内存中（PCB 对象中有对应的位置去保存）
• 恢复：把内存中之前保护的数据恢复到 CPU 寄存器中

4、根据哪些算法选择一个进程来分配 CPU

• 先来先服务
• 短任务优先
• 优先级
  。。。

四、在 OS 语境下的 并发（concurrent）和并行（parallel）

1、并发：假同时

• CPU 按照顺序运行，但是人类视角中，任务在同时进行。一般由调度引起的同时 称为并发。

2、并行：真同时

• 真的有多个 CPU ，同时运行进程1、2、3。各个 CPU 上运行各自的。

五、用户态（user space） 内核态（kernel space）

• CPU 在指令过程中，有一些指令使用户写的指令（用户态），有一些是操作系统写的指令（内核态）。
• 区别：内核态的权限是比较大的，用户态的权限是有限的。

六、内存管理

• 操作系统不同进程之间分配内存的一个管理机制。

1、物理地址

• OS 自己用、进程、空闲
• 如果使用物理地址，有以下问题：
  • 程序需要关心具体分配到的物理地址，而物理地址很可能每次是不同的，导致处理的复杂性上升。
  • 由于物理地址暴露，导致失去自主权。

2、逻辑地址（线性地址）

• CPU所生成的地址。逻辑地址是内部和编程使用的、并不唯一。逻辑地址分配更加灵活，可以允许不唯一，看起来也较为直观。

一般提到进程的内存地址管理，都是指的是线性地址。

七、进程间通信

• 背景1：由于进程是资源分配的基本单位，所以分配给一个进程的内存空间，相对于其它进程来说，是隔离的。（独立性）
• 背景2：随着程序要完成的工作越来越复杂，大多时候会同通过多个进程，一起配合，来完成一项任务。要求不同进程之间有进行数据交换的过程。但是背景1又在机制上阻止了这种数据的共享。所以，进程间通信的必要性就出现了。

1、进程间通信的常见形式

• 无名管道（pipe)
• 有名管道
• 共享内存
• 网络通信：可以实现跨计算机之间通信
• 信号量
• 信号

总结

• 管理进程对 CPU 的访问
• 进程是什么？
  • 进程 /程序
  • 进程是资源分配的基本单位。目前分配 CPU 都是以现场为单位，不再是以进程为单位了。
  • 进程是一个 PCB 对象，保存在内存（OS 直接管理的）中。
• 进程的状态
• 进程的调度（选择算法 + 现场保护和恢复）
• 并发/并行
• 内核态/用户态

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来源： https://blog.csdn.net/ccyzq/article/details/123577600

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