os：进程与线程上

os：进程与线程上

理解进程

进程的地址空间
进程的抽象：进程控制块
进程的用户态和内核态

五状态进程模型

五状态进程模型转化
带挂起的进程状态模型

进程调度与切换

进程调度
进程切换

进程创建、结束
父进程与子进程

线程
线程与进程的关系
几种线程类型
多线程模型

理解进程

举个栗子

程序刚开始执行时，PC的值是m，指向代码段的第一条指令。

问题：如果想要重现一个进程，那么需要保存那些东西？

答案：内存中的信息和CPU中寄存器的信息。

对进程的解释

还有文件等，如果文件被打开，那么还要保存被打开的文件的状态。

问题：用什么东西保存？答案：PCB！

进程的地址空间

分配给进程1的物理单元，进程2就不能在使用了。

逻辑地址映射为物理地址后，真正的内存分布长什么样子：

使用了逻辑地址以后，进程空间就可以大胆的从0开始了

因此想要恢复进程，还要在PCB中保存映射关系，即：页表。
进程1切换道进程2的时候并没有将进程1从内存中移出去，因此只需将页表保存下来即可。

问题1：进程结束PCB回立即销毁么？ 回答：

进程的抽象：进程控制块

PCB中包含的信息

PID：进程的编号
注意：进程的地址空间就是虚拟地址空间。

进程控制块的组织

注意： 之前对于链表有个误区，其实只要在内核的PCB列表内每行后面加上地址就行，并不用在内存中新开辟一块区域。

进程的特征

进程的用户态和内核态

进程P2有一个访问外设的指令，那么执行后进程P2进入阻塞态，CPU进行进程调度至P1执行，此时外部中断信号产生，P1在用户态下响应中断，只是CPU的特权级发生变化而并没有发生地址空间的变化。因此。响应中断后占用CPU的进程依然是P1，只不过P1获取的内核空间的访问权限，此时我们称为P1处于内核态。响应中断后P1回跳转道位于内核空间中的中断服务程序出执行。

所以：就是P1完成了P2的中断请求！

注意： 并不是内核进程接管了CPU，没有内核进程一说，因为内核空间本身就会在装入是映射到进程的地址空间。

问题：所以进程1本来就被分配了一部分到内核空间的映射，只是用户态下不能使用，只是cpu切换特权级后能够访问了？
答案：完全正确，就是这个意思。

五状态进程模型

创建态

进程已经分配好了PCB，但是正在等待除了CPU意外的其他资源：例如内存等。

区分进程什么时候是创建态： 首先进程会在创建态，那就肯定说明已经有了PID以及PCB了，因为PCB是进程的唯一标识。

推出态


正常退出：进程执行完了以后的正常退出；
主动退出：进程需要外设后进入阻塞态以后的退出。

就绪态

运行态
正在占据CPU。

阻塞态
除了未占据CPU意外还需要其他的资源，例如：没有内存或者确实I/O外设。

408范围内阻塞常见情况：

五状态进程模型转化

进程创建

在os内，除了最初的初始进程，其余全部进程都是由别的进程创建的。

进程执行

进程调度：就是选择一个进程使其运行。

进程阻塞

进程抢占

进程唤醒

进程只能被别的进程或者操作系统唤醒。

其他进程间接唤醒：进程间通信。

操作系统唤醒：例如中断返回时由操作系统唤醒进程，将其设置为就绪态。
其实本质都是被os唤醒的。

问题：内核空间是共享的。

总体转化图

问：共享库也属于内核空间么？
不是，共享库是用户程序用的东西。

带挂起的进程状态模型

挂起分为：就绪挂起+阻塞挂起

五状态进程模型的前提是内存完全够用，当内存空间不足时，就会将暂时不执行的进程放入外存中。

阻塞挂起

suspend：暂停、终止

就绪挂起

从阻塞挂起到就绪挂起

进程调度与切换

进程调度

进程调度含义

进程切换

进程上下文具体解释
CPU内的各种寄存器的值、CPU状态、地址空间（页表）、

进程切换过程

进程切换时的CPU状态变化
问题1：进程切换前CPU是处于内核态还是用户态？进程切换后CPU的是处于内核态还是用户态？
内核态与内核态
问题2：进程调度发生时 CPU是内核态还是用户态？ 内核态。

以“时间片调度”为例：

关键： 发生中断时并不发生进程的阻塞，除非进程自己要等待外设输入等，但是并不是说只要发生中断就会使进程阻塞。

为什么P1在进程切换后依旧是内核态？
因为要恢复P1的CPU上下文呀，而且CPU在此时已经处于内核态了。

问题：P0如果正常执行结束，也需要陷入内核态自我销毁

问题：运行时的PCB与就绪态、阻塞态的PCB有哪些区别？
区别就在于PCB里会有一个专门的进程状态值记录下此时的状态，且PCB所在的链表也不同。

自己的问题：

所以中断处理程序包括了“执行调度程序”+”进程切换程序“的流程么？
并不是，这两个是单独的流程，如果时间片并没有用完，那么就是普通的中断处理；而恰好时间片用完了，因此转入进程调度+进程切换进行处理。这两个并不是前者包含后者。

并且： 戳啦，是中断处理的时候不会发生进程调度+切换。

就是王道上说切换的时候发生了两次的上下文切换，一次是原进程调度程序，一次是调度程序新进程。但是内核空间不是已经被映射到每个进程的地址空间了么，所以调度程序也能看成是原进程的一部分吧，所以到底是发生了两次上下文切换(从原进程到新进程)，还是按照王道书上的呀
答案： 首先内核空间被映射到用户进程的逻辑地址中，并不代表内核程序就是用户进程的一部分，而且内核栈与用户栈不一样，分派程序也并不知道地址具体在哪儿，因此还是会有两对程序的上下文切换。

进程调度+进程切换都是用软件执行的么？ 答案：对。

执行调度程序之前需要关中断。
因此可以理解为：进程调度也是一种原语。

重点的重点： 中断处理时保存P0用户态的上下文至内核栈；执行调度程序时保存P0的内核态上下文至PCB0中；切换进程P1时，从PCB1中恢复P1的内核态上下文；中断返回时从内核栈恢复P1的用户态上下文。

中断响应与进程切换的上下文切换区别？

中断处理可能会发生特权级的切换，但是进程调度一直都在内核态下。

关键 ：进程调度前一定会有中断或异常是这样吧。 答案：是的。

进程创建、结束

进程创建
所有的进程（除了首进程）全都是父进程创建子进程得来的。


因为已经有pid和PCB了，因此该进程已经存在，处于创建态。如果没有足够的资源，会将父进程阻塞掉。
因此：处于创建态的子进程的父进程处于阻塞态。

进程终止

问题： 一个进程正常运行结束了，会自己调用一个结束的系统调用么？
回答：一般用户库里会调用exit系统调用，指令的最后一条可以认为会是一个exit系统调用。

进程阻塞

进程只能通过由运行态变成阻塞态。

进程唤醒

可以是OS唤醒，又可以是其他进程间接唤醒（进程间通信）。

父进程与子进程

文件： 主要是指已经打开的文件。
管道： 父进程创建的管道。

辨析

父进程与子进程的映射关系并不一样，子进程也不能继承父进程的映射关系。
解释“复制”： 就是虚拟地址的长度与父进程一样，但是映射关系并不相同。

问题：进程最核心的特点是什么？
有自己的地址空间。

线程

举个例子

单进程的实现方法

单进程肯定没有办法实现并发，因为并发也是进程P和进程Q之间进行并发。

多进程的实现办法

多线程的解决思路

线程概念

解释“实体之间共享相同的地址空间” ：线程之间拿出一个相同的虚拟地址，一定会映射到同一个物理地址。

线程概念具体解释

进程有独立的代码段、数据段等，但是线程之间是共享代码段与数据段的，且共享整个地址空间。
线程是指令执行流的最小单元，每个线程执行进程代码段中的不同代码，线程有自己独立的堆栈以及TCB（保存有不同的寄存器值），因为执行了不同指令所以要保存不同的指令执行结果，因此需要有自己单独的堆栈。

线程与进程的关系

单线程与多线程的区别

在多线程进程中，共享代码、数据、打开文件的同时，每个线程都有自己的寄存器+堆栈。

进程与线程的比较

线程的切换并不需要切换地址空间，所以切换线程与切换进程耗费的时间更多。

几种线程类型

用户级线程

内核并不知道用户级线程的存在，只知道进程的存在。

用户级线程特征：


不管线程到底是用户级线程还是内核级线程，都会有自己的TCB，只是在不在内核态下保存而已。

用户级线程的不足：

内核级线程

内核级线程特征：

混合线程

多线程模型

多对一模型：多个用户线程对应于一个内核线程

注意： 这个模型并不是多个用户线程对应于一个内核进程，而是多个用户线程对应于一个内核线程。
问题： 内核级线程模型中的内核还会有进程存在么？答案：肯定会有呀，线程只是作为一个调度的单位，但是进程是一个资源分配的单位。

一对一模型：一个用户线程对应于一个内核线程

多对多模型：多个用户级线程到多个内核级线程

多对多模型：内核级线程数量肯定 ≤ 用户级线程数量

问题：
子进程可以修改父进程传下来的资源吗？ 不同的系统有不同的设计。

问题：
中断响应的时候，是关中断之前就已经是内核态了么，CPU的特权级也是有个硬件标志位标识的吧
回答：在关中断之前就已经是内核态了，有的。