进程管理逻辑图

将多个程序拷贝到进程中，占用内存，如图扇形区域，当酷狗进程需要资源的时候，会通过I/O子系统取用资源的过程中，会放弃对cpu的占用，cpu就会处理别的进程，因此提高了cpu的利用率（I/O低速，cpu高速）
qq想要知道键盘输入的结果，他就会拜托I/O子系统去取键盘输入的结果，这个时候会放弃CPU的占用，CPU会重新分配给其他应用程序。当I/O取到键盘输入的数值，会把结果返回给QQ
死锁中对于资源的抢占不仅仅是cpu，也有键盘、鼠标、U盘等I/O资源

I/O低速 CPU高速
当QQ需要使用I/O获取数据的时候，会由先前的获得CPU状态变成等待CPU状态，这个过程是因为I/O阻塞从而主动放弃CPU。然后进入排队队列，状态为I/O中，阻塞。
因为不同的进程对资源的要求以及获取速度的不同，有可能获得了CPU但是状态还是阻塞中，所以会短暂的获取CPU然后立刻放弃CPU，进入排队队列。这会造成CPU的资源浪费。
PCB存储的就是多进程状态图的状态信息

排队，形成一个循环队列；只有就绪状态的进程才可以获取cpu，处于阻塞状态的进程无法获取cpu
阻塞状态的成员获得cpu之后，因为I/O状态没有转备好数据，立刻放弃cpu。这个过程是低效的，应该按照进程的属性排成两个队列

队列分成两种，就绪队列（I/O完)和阻塞队列(I/O)，提高了CPU的利用率

进程的由来

1，如果将一个程序所依赖的所有功能弄到一个进程的话，如图所示，如果网络功能进行网络资源的访问，涉及到I/O会释放对CPU的占用，因此其余的功能，比如渲染、物理引擎计算等等也会失去CPU的占用，软件会卡死；
2，如果为软件的不同功能都分配一个进程，每个进程实现不同的功能，多个进程会导致时空开销大，而且存储状态信息的工具PCB有限，因此引入了线程的概念。
3，两个功能进程之间切换。时空开销具体体现在上下文切换，上下文切换，是指上面涉及到的就绪、阻塞、运行状态的转换，如果切换过于频繁，在挑选PCB和修改PCB的信息，时间效率会降低；cpu执行qq程序，后切换到LOL程序，在回到qq程序，这个过程会涉及到状态信息的保存，利用栈保存当前信息，因为栈需要开辟空间，因此会带来空间开销。
3，线程，将功能转化为线程。解决了进程上述提到的问题。进程是线程的容器，进程和线程同时存在。
4，进程和进程之间并发，线程和线程之间并发（同一个进程不同线程；不同进程的不同线程）
新事物的出现，在解决旧的矛盾的同时也会引入新的矛盾

进程和程序的区别

1，程序是静态的，进程是动态的。程序就是代码，但是进程会涉及到状态的转换，就绪、阻塞和运行之间的切换，这个过程是动态的
2，进程是程序的一次执行过程。
3，程序和进程不是一一对应的，即以下两点
一个程序对应多个进程-->多开 word程序打开不同的文档
一个进程对应多个程序-->UI界面进程：QQ 360 LOL

进程的特征

1，并行
2，异步
3，动态性：状态的转换；存储在PCB
4，结构性：(描述，组织) 进程 = 程序+PCB；程序：指令段（程序段）和数据段
5，独立性：资源分配，给每一个进程分配的空间都是隔离的

进程的结构

编译

编译过程中，将.c文件转化为.o文件，将内部代码转化为程序段和数据段，具体转化如下：
a+b -> 3+2；其中a是变量名字，在编译的时候，所有的数据会汇聚在一起，所有的指令也会汇聚在一起。将数据存储到数据段，指令存储到程序段(指令段)。

链接

将.o文件中的所有数据段放在一起，所有的程序段放在一起。然后形成exe运行程序
程序运行的时候，将程序代码从磁盘拷贝到内存中，也就是将数据段和程序段从磁盘复制到内存中，并且创建一个pcb模板，记录到内存中

PCB

运行软件，将程序从磁盘拷贝到内存(将其指令段和程序段拷贝到内存上)上运行的同时会创建一个PCB(档案)，PCB
PCB是进程存在的唯一标识
PCB存储的内容：
进程标识符：唯一性，进程的数字标识，数字代表程序
进程的当前状态：新建、就绪、堵塞、运行、结束
进程的优先级：VIP，用于后面的程序调度
代码的入口地址：程序由磁盘拷贝到内存中，入口的地址是指拷贝到内存中的起始地址，指向内存
代码的外存地址：标识本段代码是从磁盘哪个区域拷贝过来的，指向磁盘
进入内存的时间：从磁盘拷贝到内存的完成的时间
代码段指针：指向代码段
数据段指针：指向数据段
堆栈指针：CPU在不同进程之间切换，用于保存现场信息

进程的状态与控制

就绪：使用PCB里面的PID代表进程，使当前状态为ready，标识就绪；使用pcb进行排队
PCB ：process control block，通过调整PCB内部参数的数值，控制不同的进程
进程状态转换图-目的：便于OS监控和调度
*进程程序运行需要同时具备 PCB + 内存 + CPU
每种状态拥有了哪些资源？
什么时候需要状态装换？
状态装换需要做什么事情？（进程的控制）
1，分配(申请) PCB + 内存 + CPU
2，回收 PCB + 内存 + CPU
3，修改PCB 中进程的当前状态
例子

点击QQ，CPU将代码复制到内存，并且开辟QQ_PCB，并修改当前状态为ready，由新建状态变成了就绪状态；通过pcb内部代码运行的入口地址，找到QQ程序的入口地址，cpu分配，由就绪状态变成了运行状态，改状态信息为run。cpu运行一段时间就会由一个程序跳转到另外一个程序，假设QQ占有的cpu时间到了，就会释放cpu，cpu会到360进程，因此qq从运行状态变成了就绪状态。
QQ发消息，因为发消息需要网卡，发消息的时候会释放CPU，由由运行状态变成阻塞block状态，当得到I/o请求，将阻塞状态变成就绪状态
关闭qq程序或者异常退出，会使得qq进程终止，归还内存、删除pcb，交还CPU，注意顺序问题

进程之间通信 IPC（Inter process communication）

os实现进程之间通信

1，为什么要通信？安全性和交互性，不同进程之间创建之后，都会在内存上分配一段内存，彼此内存空间不可见(内存隔离)，这个目的是为了提高安全性。但是如何在保证安全性的前提下实现进程之间交互，就需要进程通信
2，通信的例子？粘贴复制，实现word和txt之间内容拷贝；天影天堂下载电影，自动启动迅雷下载，通信的内容就是电影的链接；网站登录，第三方登录选择QQ登录

1，共享内存 2，消息传递 3，管道通信
最后一个是管道通信，因为os可以实现和不同进程之间的通信，因此不同进程可以通过连接通信管道，实现进程之间的通信
半双工是指每次双方只有一个人讲话，不可以同时说话

三级调度

中级调度，比如使命召唤，整个游戏有100G，但是内存只有8G，游戏运行的时候，会根据游戏场景变化和人物的变化，动态切换，即将磁盘数据拷贝到内存中执行，对于执行完的数据，要不丢弃，要不复制到磁盘。解决内部不够问题，以及提高了内存的利用率。
高级调度，第一次将数据从磁盘拷贝到内存
低级调度，程序已经到达内存，cpu一个一个来执行，抢夺cpu

进程调度算法

FCFS算法 + 调度过程 first come first service

算法思想：先来先服务，一次运行一个程序，只有前面的程序结束之后，才会运行下一个程序
调度方式：不可剥夺，非抢占（抢占cpu）。非抢占，主动放弃；抢占，是被迫放弃。按照磁盘拷贝到内存的顺序，PCB形成一个队列，按照这个队列依次执行程序。只有前面的程序释放，后面的程序才有机会得到cpu来执行。
调度时机：一个进程结束
特点：利长不利短，利于需要占据cpu长的程序，不利于占用cpu短的程序
利CPU忙，不利I/O忙；因为排队，CPU不停歇，非常忙碌；如果io频繁，会增加大量的I/O时间
不利分时、实时系统;分时：cpu在不同的进程之间切换；实时，立刻调动cpu到指定的进程执行。FCFS算法不满足分时和实时系统以上的条件
典型案例：打印机银行窗口

时间片轮转算法 + 调度过程

算法思想：分时间轮流获取CPU(按照队列的顺序)，循环队列，适用于分时操作系统，每个进程运行指定的时间片长度然后释放cpu
调度方式：可剥夺，抢占的方式
调度时机：时间片用完(抢占)；程序结束(主动，非剥夺)
程序的运行时间如何得到的？利用cpu的频率，得到一个周期的时间（1/n = T）,然后利用计时器(计数器)不断计数，从而得到一个时间，也就是每个进程占用执行多长时间，10ms。
特点：1，时间片大小很讲究，不能太大，也不能太小
2，时间片太大，退化为FCFS
3，时间片太小，时空开销很大，
4，适用于分时系统

SJF算法短作业优先

算法思想：优先选择短作业，运行时间由程序员提供
调度方式：非剥夺非抢占
调度时机：程序结束的时候；阻塞时I/O请求
特点：
1，利短不利长（长饥饿）
2，不可以保证紧迫作业及时运行，（用户、程序员可能提供虚假的运行时间）
3，平均等待时间、平均周转时间最少
4，吞吐量很大

优先级调度算法 + 调度过程

算法思想：优先级级别高的优先执行，PCB里面会存一个信息，表明优先级信息
调度方式：抢占式，可剥夺式；非抢占式，非剥夺式
调度时机：程序结束的时候；阻塞时（I/O请求）；更高优先级进程进入队列的时候
特点
1，满足紧迫作业的要求
2，特别适用于实时系统中
3，动态优先级静态优先级
*优先级翻转问题

高响应比优先算法

算法思想：优先选择响应比高的进程作业
调度方式：无主要用在调度作业中，从磁盘拷贝到内存
调度时机无
特点：
1，是FCFS（利长不利短）和SJF（利短不利长）的结合体,利用响应比来结合两者，综合利用彼此之间的优势
2，克服了饥饿兼顾了长作业，有使得短作业先运行
相关概念
提交时间：程序从磁盘拷贝到内存，构建完成PCB
等待时间：当程序拷贝到内存之后，如果有其他程序正在占用CPU，那么就需要等待，
响应比rp = （等待时间 +运行服务时间）/ 运行服务时间
占用CPU时间少的进程可以有限执行
等待时间一定，服务时间增大，响应比越小，进程运行越靠后执行
等待时间一定，服务时间减少，响应比越大，进程运行越靠前执行
等待很长时间的进程也会有机会运行
服务时间一定，等待时间越大，响应比越大，进程靠前执行
服务时间一定，等待时间越小，响应比越小，进程靠后执行

多级反馈队列调度算法

算法思想：FCFS + 优先级 + 时间片轮转（结合体）
调度方式综合
调度时机综合
特点
1，短作业优先
2，周转时间短
3，长作业也会得到处理

例子

假设QQ、360和LOL一次来处理，分成5个级别，只有一次CPU，在第一级CPU每次执行10分钟，当QQ转型完成之后，会在第二级排队等待，cpu会执行360 10分钟，360运行完10分钟会在第二级等待，cpu执行LOL。如果第一级没有等待程序，cpu会到第二级一次执行，第二级的时间片会比第一级的时间片长，执行方式和上面一致，直到有程序执行完退出。

甘特图

生产计划进度图
描述多个进程之间的进度关系

调度准则介绍

1，cpu利用率，尽可能忙碌 FCFS

11到13阶段 QQ和LOL都没有占用CPU，属于cpu空闲
空闲率 = （13 - 11）/ 30
使用率 = 1 - 空闲率

2，吞吐量

一个程序开始到结束算一个，计算单位时间内完成程序的数量。
SJF算法:尽可能使执行时间最短的优先执行，因此吞吐量最大

3，周转时间

结束时间到提交时间的时间差就是周转时间
平均周转时间 = 所有进程的周转时间 / 进程的数量
带权周转时间 = 周转时间 / 服务时间(运行时间) 永远大于1
平均带权周转时间 = 所有进程的带权周转时间 / 进程的数量

4，等待时间

开始时间减去提交时间

5，服务时间(运行时间)

结束时间减去开始时间

调度准则之评价调度算法

同步互斥逻辑图

并发性异步性独立性

并发性：多个进程同时执行
异步性：cpu执行每个进程的代码行数，处理逻辑不同，不具有预测性
独立性：进程之间不通信

临界资源和临界区

临界资源：一次只能被一个进程所使用的资源
软件层面：共享变量
硬件层面：打印机网卡键盘
和平精英：两个人抢同一把枪，如何判定这把枪属于哪个人？这个枪属于临界资源，需要在前面添加信号量（交通灯），信号量开始和结束的段落是临界区，信号量使得cpu在获取临界资源前进行检查，是否可以占有
竞争和互斥相关
同步和合作相关，体现在代码执行的运行次序方面

互斥的硬件实现方法

互斥的软件实现方法

单标志法：

令牌环网(轮流传递的思想)，生死系于别人；对于一个变量进行操作，使用这个变量代表说话人的身份

双标志法

每个人有自己的标志
但是双方可能同时检查对方的标志，有漏洞，双方同时修改，导致bug，不会同时出现为true的情形，但是会出现同时为false的情形
对临界资源，竞争双方先看对方的标志位，如果对方没有对临界资源的抢占，就自己对临界资源进行抢占，并且更新标志位
比如A和B抢夺资源，A的标志位为flag，B的标志位为flag；flag为true表示占有资源，flag为false，表示不占有资源。A在对临界资源的抢夺之前，会看B的标志位，如果为true，表明B占有资源，A就不可以抢占资源，如果为false，则抢占资源，并修改标志位，将自己的标志位修改为true