進程管理邏輯圖

將多個程序拷貝到進程中，占用內存，如圖扇形區域，當酷狗進程需要資源的時候，會通過I/O子系統取用資源的過程中，會放棄對cpu的占用，cpu就會處理別的進程，因此提高了cpu的利用率（I/O低速，cpu高速）
qq想要知道鍵盤輸入的結果，他就會拜托I/O子系統去取鍵盤輸入的結果，這個時候會放棄CPU的占用，CPU會重新分配給其他應用程序。當I/O取到鍵盤輸入的數值，會把結果返回給QQ
死鎖中對于資源的搶占不僅僅是cpu，也有鍵盤、鼠標、U盤等I/O資源

I/O低速 CPU高速?
當QQ需要使用I/O獲取數據的時候，會由先前的獲得CPU狀態變成等待CPU狀態，這個過程是因為I/O阻塞從而主動放棄CPU。然后進入排隊隊列，狀態為I/O中，阻塞。
因為不同的進程對資源的要求以及獲取速度的不同，有可能獲得了CPU但是狀態還是阻塞中，所以會短暫的獲取CPU然后立刻放棄CPU，進入排隊隊列。這會造成CPU的資源浪費。
PCB存儲的就是多進程狀態圖的狀態信息

排隊，形成一個循環隊列；只有就緒狀態的進程才可以獲取cpu，處于阻塞狀態的進程無法獲取cpu
阻塞狀態的成員獲得cpu之后，因為I/O狀態沒有轉備好數據，立刻放棄cpu。這個過程是低效的，應該按照進程的屬性排成兩個隊列?

隊列分成兩種，就緒隊列（I/O完)和阻塞隊列(I/O)，提高了CPU的利用率

進程的由來

1，如果將一個程序所依賴的所有功能弄到一個進程的話，如圖所示，如果網絡功能進行網絡資源的訪問，涉及到I/O會釋放對CPU的占用，因此其余的功能，比如渲染、物理引擎計算等等也會失去CPU的占用，軟件會卡死；
2，如果為軟件的不同功能都分配一個進程，每個進程實現不同的功能，多個進程會導致時空開銷大，而且存儲狀態信息的工具PCB有限，因此引入了線程的概念。
3，兩個功能進程之間切換。時空開銷具體體現在上下文切換，上下文切換，是指上面涉及到的就緒、阻塞、運行狀態的轉換，如果切換過于頻繁，在挑選PCB和修改PCB的信息，時間效率會降低；cpu執行qq程序，后切換到LOL程序，在回到qq程序，這個過程會涉及到狀態信息的保存，利用棧保存當前信息，因為棧需要開辟空間，因此會帶來空間開銷。
3，線程，將功能轉化為線程。解決了進程上述提到的問題。進程是線程的容器，進程和線程同時存在。
4，進程和進程之間并發，線程和線程之間并發（同一個進程不同線程；不同進程的不同線程）
新事物的出現，在解決舊的矛盾的同時也會引入新的矛盾

進程和程序的區別

1，程序是靜態的，進程是動態的。程序就是代碼，但是進程會涉及到狀態的轉換，就緒、阻塞和運行之間的切換，這個過程是動態的
2，進程是程序的一次執行過程。
3，程序和進程不是一一對應的，即以下兩點
一個程序對應多個進程-->多開?word程序打開不同的文檔
一個進程對應多個程序-->UI界面進程：QQ 360?LOL

進程的特征

1，并行
2，異步
3，動態性：狀態的轉換；存儲在PCB
4，結構性：(描述，組織)?進程 =?程序+PCB；程序：指令段（程序段）和數據段
5，獨立性：資源分配，給每一個進程分配的空間都是隔離的

進程的結構

編譯

編譯過程中，將.c文件轉化為.o文件，將內部代碼轉化為程序段和數據段，具體轉化如下：
a+b -> 3+2；其中a是變量名字，在編譯的時候，所有的數據會匯聚在一起，所有的指令也會匯聚在一起。將數據存儲到數據段，指令存儲到程序段(指令段)。

鏈接

將.o文件中的所有數據段放在一起，所有的程序段放在一起。然后形成exe運行程序
程序運行的時候，將程序代碼從磁盤拷貝到內存中，?也就是將數據段和程序段從磁盤復制到內存中，并且創建一個pcb模板，記錄到內存中

PCB

運行軟件，將程序從磁盤拷貝到內存(將其指令段和程序段拷貝到內存上)上運行的同時會創建一個PCB(檔案)，PCB
PCB是進程存在的唯一標識
PCB存儲的內容：
進程標識符：唯一性，進程的數字標識，數字代表程序
進程的當前狀態：新建、就緒、堵塞、運行、結束
進程的優先級：VIP，用于后面的程序調度
代碼的入口地址：程序由磁盤拷貝到內存中，入口的地址是指拷貝到內存中的起始地址，指向內存
代碼的外存地址：標識本段代碼是從磁盤哪個區域拷貝過來的，指向磁盤
進入內存的時間：從磁盤拷貝到內存的完成的時間
代碼段指針：指向代碼段
數據段指針：指向數據段
堆棧指針：CPU在不同進程之間切換，用于保存現場信息

進程的狀態與控制

就緒：使用PCB里面的PID代表進程，使當前狀態為ready，標識就緒；使用pcb進行排隊
PCB ：process?control?block，通過調整PCB內部參數的數值，控制不同的進程
進程狀態轉換圖-目的：便于OS監控和調度
*進程程序運行需要同時具備?PCB +?內存 +?CPU
每種狀態擁有了哪些資源？
什么時候需要狀態裝換？
狀態裝換需要做什么事情？（進程的控制）
1，分配(申請)?PCB +?內存 +?CPU
2，回收? ? ? ? ??PCB +?內存 +?CPU
3，修改PCB 中進程的當前狀態
例子

?點擊QQ，CPU將代碼復制到內存，并且開辟QQ_PCB，并修改當前狀態為ready，由新建狀態變成了就緒狀態；通過pcb內部代碼運行的入口地址，找到QQ程序的入口地址，cpu分配，由就緒狀態變成了運行狀態，改狀態信息為run。cpu運行一段時間就會由一個程序跳轉到另外一個程序，假設QQ占有的cpu時間到了，就會釋放cpu，cpu會到360進程，因此qq從運行狀態變成了就緒狀態。
QQ發消息，因為發消息需要網卡，發消息的時候會釋放CPU，由由運行狀態變成阻塞block狀態，當得到I/o請求，將阻塞狀態變成就緒狀態
關閉qq程序或者異常退出，會使得qq進程終止，歸還內存、刪除pcb，交還CPU，注意順序問題

進程之間通信?IPC（Inter?process?communication）

os實現進程之間通信?

1，為什么要通信？安全性和交互性，不同進程之間創建之后，都會在內存上分配一段內存，彼此內存空間不可見(內存隔離)，這個目的是為了提高安全性。但是如何在保證安全性的前提下實現進程之間交互，就需要進程通信
2，通信的例子？粘貼復制，實現word和txt之間內容拷貝；天影天堂下載電影，自動啟動迅雷下載，通信的內容就是電影的鏈接；網站登錄，第三方登錄選擇QQ登錄

1，共享內存 2，消息傳遞 3，管道通信
最后一個是管道通信，因為os可以實現和不同進程之間的通信，因此不同進程可以通過連接通信管道，實現進程之間的通信
半雙工是指每次雙方只有一個人講話，不可以同時說話

三級調度

中級調度，比如使命召喚，整個游戲有100G，但是內存只有8G，游戲運行的時候，會根據游戲場景變化和人物的變化，動態切換，即將磁盤數據拷貝到內存中執行，對于執行完的數據，要不丟棄，要不復制到磁盤。解決內部不夠問題，以及提高了內存的利用率。
高級調度，第一次將數據從磁盤拷貝到內存
?低級調度，程序已經到達內存，cpu一個一個來執行，搶奪cpu

進程調度算法

FCFS算法 +?調度過程? first?come?first?service

算法思想：先來先服務，一次運行一個程序，只有前面的程序結束之后，才會運行下一個程序
調度方式：不可剝奪，非搶占（搶占cpu）。非搶占，主動放棄；搶占，是被迫放棄。按照磁盤拷貝到內存的順序，PCB形成一個隊列，按照這個隊列依次執行程序。只有前面的程序釋放，后面的程序才有機會得到cpu來執行。
調度時機：一個進程結束
特點：?利長不利短，利于需要占據cpu長的程序，不利于占用cpu短的程序
?? ??? ?? ? 利CPU忙，不利I/O忙；因為排隊，CPU不停歇，非常忙碌；如果io頻繁，會增加大量的I/O時間
?? ??? ?? ? 不利分時、實時系統;分時：cpu在不同的進程之間切換；實時，立刻調動cpu到指定的進程執行。FCFS算法不滿足分時和實時系統以上的條件
典型案例：打印機?銀行窗口

時間片輪轉算法 +?調度過程

算法思想：分時間輪流獲取CPU(按照隊列的順序)，循環隊列，適用于分時操作系統，每個進程運行指定的時間片長度然后釋放cpu
調度方式：可剝奪，搶占的方式
調度時機：時間片用完(搶占)；程序結束(主動，非剝奪)
程序的運行時間如何得到的？?利用cpu的頻率，得到一個周期的時間（1/n = T）,然后利用計時器(計數器)不斷計數，從而得到一個時間，也就是每個進程占用執行多長時間，10ms。
特點：1，時間片大小很講究，不能太大，也不能太小
?? ?? ? ? 2，時間片太大，退化為FCFS
?? ?? ? ? 3，時間片太小，時空開銷很大，
? ? ? ? ? 4，適用于分時系統

SJF算法?短作業優先

算法思想：優先選擇短作業，運行時間由程序員提供
調度方式：非剝奪?非搶占
調度時機：程序結束的時候；阻塞時I/O請求
特點：
1，利短不利長（長饑餓）
2，不可以保證緊迫作業及時運行，（用戶、程序員可能提供虛假的運行時間）
3，平均等待時間、平均周轉時間最少
4，吞吐量很大

優先級調度算法 +?調度過程

算法思想：優先級級別高的優先執行，PCB里面會存一個信息，表明優先級信息
調度方式：搶占式，可剝奪式；非搶占式，非剝奪式
調度時機：程序結束的時候；阻塞時（I/O請求）；更高優先級進程進入隊列的時候
特點
1，滿足緊迫作業的要求
2，特別適用于實時系統中
3，動態優先級?靜態優先級
*優先級翻轉問題

高響應比優先算法

算法思想：優先選擇響應比高的進程作業
調度方式：無?主要用在調度作業中，從磁盤拷貝到內存
調度時機?無
特點：
1，是FCFS（利長不利短）和SJF（利短不利長）的結合體,利用響應比來結合兩者，綜合利用彼此之間的優勢
2，克服了饑餓兼顧了長作業，有使得短作業先運行
相關概念
提交時間：程序從磁盤拷貝到內存，構建完成PCB
等待時間：當程序拷貝到內存之后，如果有其他程序正在占用CPU，那么就需要等待，
響應比rp = （等待時間 +運行服務時間）/?運行服務時間
占用CPU時間少的進程可以有限執行
等待時間一定，服務時間增大，響應比越小，進程運行越靠后執行
等待時間一定，服務時間減少，響應比越大，進程運行越靠前執行
等待很長時間的進程也會有機會運行
服務時間一定，等待時間越大，響應比越大，進程靠前執行
服務時間一定，等待時間越小，響應比越小，進程靠后執行

多級反饋隊列調度算法?

算法思想：FCFS +?優先級 +?時間片輪轉（結合體? ）
調度方式?綜合
調度時機?綜合
特點
1，短作業優先
2，周轉時間短
3，長作業也會得到處理

?例子

假設QQ、360和LOL一次來處理，分成5個級別，只有一次CPU，在第一級CPU每次執行10分鐘，當QQ轉型完成之后，會在第二級排隊等待，cpu會執行360 10分鐘，360運行完10分鐘會在第二級等待，cpu執行LOL。如果第一級沒有等待程序，cpu會到第二級一次執行，第二級的時間片會比第一級的時間片長，執行方式和上面一致，直到有程序執行完退出。

甘特圖

生產計劃進度圖
描述多個進程之間的進度關系

調度準則介紹

1，cpu利用率? ，盡可能忙碌?FCFS

11到13階段 QQ和LOL都沒有占用CPU，屬于cpu空閑
空閑率 = （13 - 11）/ 30?
使用率 = 1 - 空閑率?

2，吞吐量

一個程序開始到結束算一個，計算單位時間內完成程序的數量。
SJF算法:盡可能使執行時間最短的優先執行，因此吞吐量最大

3，周轉時間

結束時間到提交時間的時間差就是周轉時間
平均周轉時間 = 所有進程的周轉時間 / 進程的數量
帶權周轉時間 = 周轉時間 / 服務時間(運行時間)? 永遠大于1?
平均帶權周轉時間 = 所有進程的帶權周轉時間 / 進程的數量

4，等待時間

開始時間減去提交時間

5，服務時間(運行時間)

結束時間減去開始時間

調度準則之評價調度算法

同步互斥邏輯圖?

并發性異步性獨立性

并發性：多個進程同時執行
異步性：cpu執行每個進程的代碼行數，處理邏輯不同，不具有預測性
獨立性：進程之間不通信

臨界資源和臨界區

臨界資源：一次只能被一個進程所使用的資源
軟件層面：共享變量
硬件層面：打印機網卡鍵盤
和平精英：兩個人搶同一把槍，如何判定這把槍屬于哪個人？這個槍屬于臨界資源，需要在前面添加信號量（交通燈），信號量開始和結束的段落是臨界區，信號量使得cpu在獲取臨界資源前進行檢查，是否可以占有
競爭和互斥相關
同步和合作相關，體現在代碼執行的運行次序方面

互斥的硬件實現方法

互斥的軟件實現方法

單標志法：

令牌環網(輪流傳遞的思想)，生死系于別人；對于一個變量進行操作，使用這個變量代表說話人的身份

雙標志法

每個人有自己的標志
但是雙方可能同時檢查對方的標志，有漏洞，雙方同時修改，導致bug，不會同時出現為true的情形，但是會出現同時為false的情形
對臨界資源，競爭雙方先看對方的標志位，如果對方沒有對臨界資源的搶占，就自己對臨界資源進行搶占，并且更新標志位
比如A和B搶奪資源，A的標志位為flag，B的標志位為flag；flag為true表示占有資源，flag為false，表示不占有資源。A在對臨界資源的搶奪之前，會看B的標志位，如果為true，表明B占有資源，A就不可以搶占資源，如果為false，則搶占資源，并修改標志位，將自己的標志位修改為true