本博客，根據王道所學。以下為第二章節知識點：

進程的概念、組成、狀態與其轉換、進程間通信、信號；

單/多線程模型、線程管理、調度時機的切換、調度的目標、調度算法、多處理機調度；

同步與互斥、進程互斥的軟硬件實現方法、信號亮機制、生產者-單/多消費者、管程、死鎖及其衍生問題；

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在博客末尾，附有學習日記

知識總覽(進程的概念、組成、特點)：

進程的組成--PCB

理解：

詳細：

在操作系統中，PSW（Program Status Word，程序狀態字）是用于存儲當前程序執行狀態信息的專用寄存器或存儲區域，是 CPU 硬件的重要組成部分。它記錄了程序運行時的關鍵狀態，以便 CPU 在執行指令時快速獲取和更新相關信息，同時支持操作系統對程序執行進行控制和管理。

具體如：狀態切花時的state、進位標志，溢出標志....

進程的組成--程序段、數據段

程序是如何運行的：

1、

2、

進程的組成

進程的特征：（5大特征）

知識總覽(2.1.3_進程的狀態與轉換)：

進程的狀態--創建態、就緒態

進程的狀態--運行態

進程的狀態--阻塞態

進程的狀態--終止態

進程狀態的轉化

熟稱丁字褲。

進程的狀態

進程的組織--鏈接方式

進程的組織--索引方式

（一般主要用鏈接方式，索引方式不是那么重要）

知識回顧與重要考點

進程的組織

知識總覽(進程的狀態)：

本章節，更多是理解性內容，背下來倒是沒多大必要啦，但是讀懂，還是很重要。

什么是進程：

如何實現進程控制？

1、

2、

如何實現原語的“原子性”？

這種特權指令，若允許用戶程序使用的呢，那么隨便執行一個作業(執行一個進程)，附一個關中斷指令的buf，不到結尾停不下來，那還要操作系統干嘛。

進程控制相關的原語

創建

終止

阻塞和喚醒

程序是如何運行的：

1、

運行圖：

2、

PSW是程序狀態字，用于存放程序的運行狀態和標志位。PSW是計算機系統的核心部件——運算器的一部分，用來存放兩類信息：一類是體現當前指令執行結果的各種狀態信息，稱為狀態標志，如有無進位（CF位），有無溢出（OF位），結果正負（SF位），結果是否為零（ZF位），奇偶標志位（PF位）等；另一類是存放控制信息，稱為控制狀態，如允許中斷 (IF位)，跟蹤標志（TF位），方向標志 (DF)等。操作系統將程序運行時的一組動態信息匯集在一起，稱為程序狀態字PSW，并放在處理器的一組特殊寄存器里，以方便系統的控制和管理。?

進程控制相關的原語：

知識點回顧：

作業和進程的關系就像你 “讓電腦幫忙做一件事” 和 “電腦實際派工人干活” 的關系

拓展：

作業：

進程

作業與進程的關系：

知識總覽(進程通信)：

什么是進程通信：

為什么進程通信需要操作系統的支持：

就像你的手機里，下載了一個陌生軟件。

如果隨意能讀取其他進程的信息，你的私人信息隨隨便便就能暴露，那不就炸了嗎。

進程存儲分為3部分（共享存儲、消息傳遞、管道通信）

共享存儲：

具體細節：

消息傳遞

直接通信：

間接通信：

管道通信：

1、

很像：channel / 循環隊列(先進先出)

2、

總結：

王道書_糾正：

知識總覽(信號)

信號的作用：

拓展：

就是一個包

實現原理

信號的發送與保存

信號的處理（When）

信號的處理（how）

按照缺省（默認) 處理 / 用戶自定義

疑難點

各個進程的信號處理有何區別？

每個進程可以自定義不同的信號。不同進程、對同一類型，進行不同自定義處理

信號與異常有什么關系？

信號與異常時配套關系，單獨的內核態處理不了一些異常，可通過向用戶態發出信號，配合處理。（拓展）

重點回顧：

信號，通常用于通知進程某個特定事件已經發生了

知識點(線程、多線程模型)

知識總覽（線程）：

其實就是為了更好的利用硬件資源，在同等時間內，并發處理更多事情

什么是線程，為什么要引入線程？

增加并發量。

讓進程變成了最小的資源分配單位，在進程內的線程才是最小的處理機調度單位

舉一個簡單的例子:引入進程之后，你只能在傳輸文件之后，才能發消息。消息發送完畢之后你才能干其他。

1、

2、

3、

引入線程機制后，有什么變化？

線程的屬性

其實線程與進程各個方面及其相似 (TCB內存著大秘密哦）

知識總覽（多線程模型）：

線程的實現方式

1、

早期是通過線程庫實現的。

最簡單的并行是通過while()循環實現。

2、

線程的實現方式1：

線程的管理工作誰來做？切換線程時是否需要cpu變態？操作系統是否能意識到線程是個啥？

(一對一)線程的實現方式2：

線程的管理工作由誰來完成？線程的切換是否需要cpu變態？

操作系統是否能意識到內核級線程的存在？這種線程的實現方式有什么優點和缺點？

多線程模型(一對一)

優點：不怕阻塞

缺點：一個進程占據的內核級線程太多

多線程模型(多對一)

這個和沒有加內核級線程的模式，沒啥區別啊，多此一舉。

多線程模型(多對多)

知識回顧與重要考點

知識總覽(線程管理)

線程的狀態與轉換

與進程很像（就緒、運行、阻塞）

進程的組織與控制

知識大綱(處理機調度)：

調度的基本概念：

調度的意思是，操作系統對調度開個口，就是對一堆要做的任務排個先后序。

高級調度：

對作業排個序

中級調度：

中級調度是通過掛起(內存調度)（內存與外存的關系）

低級調度：

就是cpu分配給那個進程的調度時間

補充知識：

就緒、運行、阻塞三態，都是存在內存中的。內存不夠了，就會掉到硬盤那里。

三層調度的聯系、對比：

只是頻率的對比

知識回顧與重要考點

知識總覽（進程調度的時機切換與過程調度方式）

進程調度的時機

進程調度就是低級調度（什么時機，那個上cpu）

進程調度的時機

這個涉及臨界區資源(資源)與臨界區(調用資源的靜態代碼)

進程調度的方式

非剝奪、與剝奪兩種

進程的切換與過程

區區一個進程調度，還分為“狹義”與“廣義“。

“廣義” 就是 選擇一個進程 并且 切換一個進程。

且進程的切換是有代價的。花時間與資源調度（規定 一般時間比不會超過總花費時間的1%）

知識回顧與重要考點

知識總覽(調度目標-調度算法的評價指標)

CPU利用率

忙碌時間 / 總時間

系統吞吐量

作業總數 / 總共花了多長時間

周轉時間

完成作業，花了多長時間

等待時間

等待處理機的時間

響應時間

從首次提交 到 首次響應

總：

知識總覽（調度算法）

先來先服務(fcfs)

非搶占式，如queue，對長作業有利，對短作業不利

短作業優先(SJF)：

非搶占式：

搶占式：

短作業優先

高相應比算法(HRRN)：

由來：

詳細：

就是結合了fcfs與sjf兩者的優點。

知識重點回顧：

知識總覽（調度算法）

時間片輪轉(RR)

相當與建立了一個隊列，先來的那個直接插在隊首。

非常之公平，但是時間片太長的話，會退化成fcfs

優點是，盡可能讓每個進程得到響應

優先級調度算法

優先級調度算法，是搶占式的，根據優先數確定順序

多級反饋隊列

思考：

詳細：

結合FCFS 與 RR(時間片輪轉)，加上多級隊列，完美結合。

適用于交互系統。（RR可以讓進程得到及時響應）

知識總覽：

單處理機調度vs多處理機調度

負載均衡、處理機親和性

方案一：公共就緒隊列

方案二、私有就緒隊列

知識回顧與重要考點

知識總覽(同步與互斥的基本概念)：

同步？互斥？

什么是進程同步：

與進程異步相對應的，就是同步。

通過管道，告訴我們，制約關系-->導致同步

什么是進程互斥：

就是多個進程 同時看中一份 不能同時共享的資源。需要互斥使用。

具體(進程互斥)：

原則：

1、空閑讓進

2、忙則等待

3、有限等待

4、讓權等待

知識回顧：

知識總覽(互斥-軟件實現方法)

如果沒有進程互斥?

必然導致資源運用混亂

單標志法：

這個是固定的按照 你一次，我一次的方法運用的。

所以會導致“空閑等待”的問題

雙標志法：

當p0執行完1后，時間片到了，又執行了p1的5

會導致空閑讓進、有限等待

后檢查法：

先檢查法：

Peterson算法

除了，讓全等待，其他都已完成。

就是你讓我，我讓你，誰最后讓，誰最后讓對方做。（孔融讓梨）

知識回顧：

知識總覽(硬件)

一、中斷屏蔽方法（禁用中斷）大白話解釋：

好比你在圖書館寫作業，為了不被打擾，你直接把圖書館的門鈴拆了（禁用所有人的進出）。這樣一來，沒人能打斷你，但副作用是緊急情況（如著火）也無法通知你。

優點：

• 簡單粗暴：直接不讓任何中斷發生，保證你的代碼（臨界區）執行時不會被打擾。
• 絕對有效：在單核 CPU 中，禁用中斷后，CPU 不會切換到其他任務，你的代碼可以獨占資源。

缺點：

• 危險：如果長時間禁用中斷，系統可能無法響應緊急事件（如硬件故障、用戶按鍵），導致系統崩潰。
• 不公平：其他任務可能因此餓死（無法獲得 CPU 時間）。
• 多核失效：現代 CPU 通常多核并行，禁用一個核的中斷對其他核無效，無法阻止其他核訪問共享資源。
• 不適用于用戶程序：只有操作系統內核能禁用中斷，普通程序無權操作。

適用場景：

• 操作系統內核中極短時間的關鍵操作（如修改系統全局變量）。
• 單核系統中對實時性要求極高的代碼。

二、TestAndSet（TSL 指令）大白話解釋：

好比你去公共廁所，門上有個 “有人 / 無人” 的牌子。你每次進門前先看牌子：

• 如果是 “無人”，你馬上翻成 “有人”，然后進去鎖門。
• 如果是 “有人”，你就等著，等里面的人出來把牌子翻回 “無人”。

優點：

• 原子性：檢查和設置牌子的動作是一體的（不可分割），不會出現兩個人同時看到 “無人” 而沖突的情況。
• 適用性廣：適用于多核 CPU，所有核都能通過這個指令競爭資源。
• 實現簡單：硬件直接支持（如 x86 架構的?LOCK TSL?指令）。

缺點：

• 忙等待（自旋鎖）：沒搶到資源的線程會一直循環檢查牌子，浪費 CPU 時間（好比你盯著廁所門一直等，啥也不干）。
• 優先級反轉：如果低優先級的線程持有鎖，高優先級線程會一直等待，導致低優先級任務反而先執行。
• 公平性差：可能導致某些線程長期搶不到鎖（饑餓）。

適用場景：

• 鎖持有時間很短的場景（如緩存行的更新）。
• 多核系統中對性能要求極高的代碼。

三、Swap 方法（交換指令）大白話解釋：

還是公共廁所的例子，但這次規則變了：你進門時必須和門上的牌子交換狀態。

• 如果牌子是 “無人”，你把自己的 “有人” 牌子和它交換，然后進去鎖門。
• 如果牌子是 “有人”，你把自己的 “無人” 牌子和它交換，發現對方是 “有人”，就繼續等。

優點：

• 原子性：交換操作是原子的，不會出現沖突。
• 與 TSL 類似：同樣適用于多核 CPU，實現簡單。

缺點：

• 同樣的忙等待問題：沒搶到鎖的線程會一直循環交換，浪費 CPU。
• 可能更差的緩存效率：頻繁交換會導致緩存失效，性能不如 TSL。

適用場景：

• 與 TSL 類似，但某些硬件架構可能更適合用 Swap 指令（如早期的 ARM 架構）。

對比總結

方法	優點	缺點	適用場景
中斷屏蔽	簡單、單核有效	危險、多核無效	內核短時間關鍵操作
TestAndSet	多核支持、原子性	忙等待、公平性差	短時間鎖、多核高性能場景
Swap	多核支持、原子性	忙等待、緩存效率低	特定硬件架構（如早期 ARM）

補充說明：

現代操作系統通常結合多種方法（如用 TSL 實現基礎鎖，再用條件變量解決長等待問題），以平衡性能和公平性。

知識點（互斥鎖）

進程互斥：鎖

咱們的這個鎖呢，只有一把。通過acquire()獲取 與 release()釋放。

知識總綱(信號量機制)

信號量機制：

大概就是說了一下wait()與signal()。他們也等于P(S)、V(S) -荷蘭語變成的呢。

信號量機制(整形信號量)

字如其意，通過一個變量表示。

整形信號量會導致 “讓權等待” 無法完成。

信號量機制(記錄型信號量)

詳解：

記錄型信號量，通過一個記錄型數據結構表示（包含資源數的變量 與 等待隊列）

應用：

知識回顧與重要考點

知識總覽(互斥、同步、前驅關系)

經過我的學習，互斥呢就是，通過P()、V()進行鎖操作

前驅關系是為了解決同步問題。（上一個進程(前驅) 釋放了某一個某種資源，本進程才能開始）

信號量機制實現進程互斥

一個簡單的互斥實現

信號量機制實現進程同步

簡單的進程同步的，示意圖。（不用看圖片啦，聽我說：就是暫停一個進程，去等待另一個進程釋放資源），看圖2更合適。

1、

2、

信號量實現前驅關系

知識回顧與重要考點

很有趣。

進程互斥是先P后V。

進程同步是先V后P。

知識大綱(生產者-消費者問題)

問題分析：

就是一個簡單的對緩沖區的 生產、讀寫 操作。

如何實現：

如何實現，對緩沖區互斥的進行生產與消費。

思考：能否改變相鄰P、V操作的順序？

改變P、V操作后，可能會導致死鎖。

知識回顧與重要考點

基于semaphore(記錄型信號量)實現的full(非空閑緩沖區)、empty(空閑緩沖區)，與mutex。

知識大綱(生產者-多消費者問題)

問題描述

只有一個緩存區，肯定不夠吶。

如何實現

知識回顧與重要考點

知識大綱(讀者-寫者問題)

就是對一個和緩存區or文件。讀-寫進程操作 / 讀-讀 / 寫 - 讀 / 寫-寫

分析-找思路-做題

如何實現：

為了保證寫優先

知識回顧與重要考點

知識大綱(哲學家進餐)

有n個人、n根筷子。

防止死鎖的方法：

1、最多同時允許有4個人拿起筷子。

2、在1的基礎上，奇數拿左邊的筷子，偶數拿右邊的

知識回顧與重要考點

哲學家最重要的問題，就是不死鎖就行，其他都好

知識大綱(管程)

為什么要引入管程

引入管程的目的就是簡化設計流程---信號量機制麻煩、易錯。如下：

管程的定義和基本特征

1、一個共享數據結構

2、對數操作的一組過程(函數)

3、可初始化

拓展1：用管程解4決生產者消費者問題

通過用類代碼形式、幫助理解。

拓展2：Java中類似于管程的機制

知識回顧與重要考點

基本特征：

1、進程/線程 只能通過管程提供的特定入口才能訪問

2、每次 僅能允許一個進程在管程內 執行某一個內部過程(類似調用函數)

知識大綱(死鎖的概念)

什么是死鎖？

1、

2、

死鎖、饑餓、死循環的區別

共同點：都是進程 走不下去了

不同點：

死鎖：拿不到繼續走下去的資源

饑餓：拿不到cpu使用權，被涼了很久

死循環：bug 或者 刻意設計的

死鎖產生的必要條件：

四大條件：互斥、不可剝奪、請求和保持、循環等待

什么時候會發生

死鎖的處理策略

防范于未然：（1.預防死鎖、2.避免死鎖）

緊急處理：（死鎖檢測與解除）

知識回顧與重要考點

知識大綱(預防死鎖產生)

破壞互斥條件：

就是將互斥的條件設計成共享資源。但是存在局限性

破壞不可剝奪條件

設置成強行剝奪，但是可能會造成過多的資源消耗。

破壞請求和保持

等收集到所有需要的資源后(標記而不占用)，再開始。

破壞循環等待

通過為資源標序號，各個進程按順序取。

知識回顧與重要考點

知識大綱(避免死鎖)

什么是安全序列

引出銀行家算法

安全、不安全序列、死鎖的聯系

銀行家算法

1、

2、

3、

具體：

知識回顧與重要考點

1、檢測申請得最大數

2、檢查此時系統剩余的可用資源是否還能滿足這次請求

3、試探著分配，更改各數據結構

4、用安全性算法檢查此次分配是否會導致系統進入不安全狀態。

知識大綱(死鎖的檢測和解除)

就倆（檢測/解除）

死鎖的檢測

就是用一種數據結構而已（不斷簡化、簡化、簡化。直到死鎖or到達最簡）

死鎖定理

就是對這種行為，起了個名字而已

死鎖的解除

1、資源剝奪

2、撤銷

3、進程回退

知識回顧于重要考點

（檢測

(數據結構：資源分配圖，算法：死鎖檢測算法)+解除（3大種）

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借鑒：

1、王道操作系統

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學習日記：?

6.9(周一)	休息+有課
	學習了進程的管理，進程的通信， 整理了進程的組成、轉換等知識點
	學習了虛擬機，對特權/非特權指令，內核態，用戶態，虛擬機有了更清晰的認知。 一道算法題整了一半
6.10(周二)	學習了線程管理，創建
	在一個人做項目時，最好前后端都能看懂，才能更好的做下去
	學校考試而已
6.11(周三)
	分享會，玉龍學長分享的很清晰
	最近快考試了，課有點多
6.12(周四)
	前端作品，復習完畢
	答辯結束，結果還不錯。 書在讀、算法刷的有點少
6.13(周五)	復習了線程的管理、組織、信號、多線程模型 處理機的高級、中級、低級調度。并整理至筆記
	學習了線程的調度算法（先來先服務、最優調度...
	書有讀、那道算法終于拿下，以后數組排序類的題，還是要將下標標注下來
6.14(周六)	四級考試結局
	學習了操作系統，進程調度的6中算法 fcfs、cc、sjf、短作業優先、優先級調度算法、多級調度隊列 何為進程同步/互斥
	還好
6.15(周日)	學習了進程互斥的單/雙標記法、Peterson算法。 了解硬件方面的中斷屏蔽、TLS、Swap。 學習了信號量機制的，鎖-（整型 / 記錄型型號）
	算法相比上一周，有一點點進步 學習了鎖互斥理論、了解同步與前驅的相互依存 生產者與消費者通過緩存區交流數據
	很OK
6.16(周一)	多個消費者從緩存區中取資源，為讀者-寫者問題打基礎 復習哲學家進餐問題--專門用于解決死鎖問題。 初步了解管道-為了簡化編程設計與步驟
	上午知識點已總結 管程的發明就是為了簡化設計 死鎖有四種原因造成，有三大類方法去避免（預防/避免/檢測和死鎖） 其中，預防的是破壞那四種形成條件 避免是通過銀行家算法避免
	簡書互評已完成
6.17(周二)	雜事，已經處理完畢 死鎖的檢測 和 解除， 運用了資源分配圖與死鎖檢測算法 解除共有三種方式：強行剝奪、回退、撤銷
	學習內存基礎、了解了指令。學習裝入(靜態裝入、動態裝入、重定位裝入) 與鏈接(與裝入類似)的三種方法。 并在內存管理中學習了內存分配(下方三種)、地址轉換、內存保護 并且還了解，地址分配是由第一地址分配、固定地址分配、動態分配）三種分配 其中動態分配可由四個算法實現： 首次適應算法(綜合性最好)、最佳適應算法(從小到大、需排序)、最壞適應算法(從大到小、需排序)、鄰近適用算法(鏈表) 其中在學習，分頁式儲存管理時，學習到了： 頁、頁框、頁框號....
	....