进程的基本概念

2020-08-03 14:35 Computer Science 668

进程有哪几种状态

一般把进程大致分为 5 种状态,这一点和线程很像!

  • 创建状态 (new):进程正在被创建,尚未到就绪状态。
  • 就绪状态 (ready):进程已处于准备运行状态,即进程获得了除了处理器之外的一切所需资源,一旦得到处理器资源 (处理器分配的时间片) 即可运行。
  • 运行状态 (running):进程正在处理器上上运行 (单核 CPU 下任意时刻只有一个进程处于运行状态)。
  • 阻塞状态 (waiting):又称为等待状态,进程正在等待某一事件而暂停运行如等待某资源为可用或等待 IO 操作完成。即使处理器空闲,该进程也不能运行。
  • 结束状态 (terminated):进程正在从系统中消失。可能是进程正常结束或其他原因中断退出运行。

进程间的通信方式

  1. 管道 / 匿名管道 (Pipes):用于具有亲缘关系的父子进程间或者兄弟进程之间的通信。
  2. 有名管道 (Names Pipes): 匿名管道由于没有名字,只能用于亲缘关系的进程间通信。为了克服这个缺点,提出了有名管道。有名管道严格遵循先进先出 (first in first out)。有名管道以磁盘文件的方式存在,可以实现本机任意两个进程通信。
  3. 信号 (Signal):信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生;
  4. 消息队列 (Message Queuing):消息队列是消息的链表, 具有特定的格式, 存放在内存中并由消息队列标识符标识。管道和消息队列的通信数据都是先进先出的原则。与管道(无名管道:只存在于内存中的文件;命名管道:存在于实际的磁盘介质或者文件系统)不同的是消息队列存放在内核中,只有在内核重启 (即,操作系统重启) 或者显示地删除一个消息队列时,该消息队列才会被真正的删除。消息队列可以实现消息的随机查询, 消息不一定要以先进先出的次序读取, 也可以按消息的类型读取. 比 FIFO 更有优势。消息队列克服了信号承载信息量少,管道只能承载无格式字 节流以及缓冲区大小受限等缺。
  5. 信号量 (Semaphores):信号量是一个计数器,用于多进程对共享数据的访问,信号量的意图在于进程间同步。这种通信方式主要用于解决与同步相关的问题并避免竞争条件。
  6. 共享内存 (Shared memory):使得多个进程可以访问同一块内存空间,不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据的更新。这种方式需要依靠某种同步操作,如互斥锁和信号量等。可以说这是最有用的进程间通信方式。
  7. 套接字 (Sockets): 此方法主要用于在客户端和服务器之间通过网络进行通信。套接字是支持 TCP/IP 的网络通信的基本操作单元,可以看做是不同主机之间的进程进行双向通信的端点,简单的说就是通信的两方的一种约定,用套接字中的相关函数来完成通信过程。

线程间的同步的方式

线程同步是两个或多个共享关键资源的线程的并发执行。应该同步线程以避免关键的资源使用冲突。操作系统一般有下面三种线程同步的方式:

  1. 互斥量 (Mutex):采用互斥对象机制,只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限。因为互斥对象只有一个,所以可以保证公共资源不会被多个线程同时访问。比如 Java 中的 synchronized 关键词和各种 Lock 都是这种机制。
  2. 信号量 (Semphares):它允许同一时刻多个线程访问同一资源,但是需要控制同一时刻访问此资源的最大线程数量
  3. 事件 (Event):Wait/Notify:通过通知操作的方式来保持多线程同步,还可以方便的实现多线程优先级的比较操

进程的调度算法

为了确定首先执行哪个进程以及最后执行哪个进程以实现最大 CPU 利用率,计算机科学家已经定义了一些算法,它们是:

  • 先到先服务 (FCFS) 调度算法: 从就绪队列中选择一个最先进入该队列的进程为之分配资源,使它立即执行并一直执行到完成或发生某事件而被阻塞放弃占用 CPU 时再重新调度。
  • 短作业优先 (SJF) 的调度算法: 从就绪队列中选出一个估计运行时间最短的进程为之分配资源,使它立即执行并一直执行到完成或发生某事件而被阻塞放弃占用 CPU 时再重新调度。
  • 时间片轮转调度算法: 时间片轮转调度是一种最古老,最简单,最公平且使用最广的算法,又称 RR(Round robin) 调度。每个进程被分配一个时间段,称作它的时间片,即该进程允许运行的时间。
  • 多级反馈队列调度算法:前面介绍的几种进程调度的算法都有一定的局限性。如短进程优先的调度算法,仅照顾了短进程而忽略了长进程。多级反馈队列调度算法既能使高优先级的作业得到响应又能使短作业(进程)迅速完成。,因而它是目前被公认的一种较好的进程调度算法,UNIX 操作系统采取的便是这种调度算法。
  • 优先级调度: 为每个流程分配优先级,首先执行具有最高优先级的进程,依此类推。具有相同优先级的进程以 FCFS 方式执行。可以根据内存要求,时间要求或任何其他资源要求来确定优先级。
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