問(wèn)題：多個(gè)進(jìn)程競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)存資源

1.解決方法

方案一：采用交換技術(shù)，換出一部分進(jìn)程到外存，以騰出內(nèi)存空間
方案二：采用虛擬存儲(chǔ)技術(shù)，每個(gè)進(jìn)程只能裝入一部分程序和數(shù)據(jù)（存儲(chǔ)管理部分）

2.對(duì)換技術(shù)（交換技術(shù)，swapping）

將內(nèi)存中暫時(shí)不能運(yùn)行的進(jìn)程，或暫時(shí)不用的數(shù)據(jù)和程序，換出到外存，以騰出足夠的內(nèi)存空間，把已具備運(yùn)行條件的進(jìn)程，或進(jìn)程所需要的數(shù)據(jù)和程序，換入內(nèi)存。PCB不能換出去（PCB是系統(tǒng)唯一感知進(jìn)程的標(biāo)志）。 進(jìn)程被交換到外存，狀態(tài)變?yōu)?strong>掛起狀態(tài)。

2.1?進(jìn)程掛起的原因

#1進(jìn)程全部阻塞，處理機(jī)空閑 #2系統(tǒng)負(fù)荷過(guò)重，內(nèi)存空間緊張 #3操作系統(tǒng)的需要。操作系統(tǒng)可能需要掛起后臺(tái)進(jìn)程或一些服務(wù)進(jìn)程（如打印進(jìn)程），或者某些可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障的進(jìn)程。（前臺(tái)處理的事短的聯(lián)機(jī)請(qǐng)求，后臺(tái)處理的是批量任務(wù)，前臺(tái)具有較高的優(yōu)先級(jí)） #4終端用戶的請(qǐng)求（終端用戶在處理程序，需要關(guān)閉一些進(jìn)程，進(jìn)而研究剩余進(jìn)程的變化） #5父進(jìn)程的需求

2.2 被掛起進(jìn)程的特征

#1不能立即執(zhí)行 #2可能是等待某事件發(fā)生，若是，則阻塞條件獨(dú)立于掛起條件，即使阻塞事件發(fā)生，該進(jìn)程也不能執(zhí)行。阻塞和掛起沒(méi)有聯(lián)系。 #3使之掛起的進(jìn)程為：自身、其父進(jìn)程、OS #4只有掛起它的進(jìn)程才能使之由掛起狀態(tài)轉(zhuǎn)換為其他狀態(tài).

2.3掛起與阻塞

區(qū)分概念，阻塞是指進(jìn)程是否等待事件；掛起是指進(jìn)程是否被換出內(nèi)存。四種狀態(tài)組合是指，就緒：進(jìn)程在內(nèi)存，準(zhǔn)備執(zhí)行；阻塞：進(jìn)程在內(nèi)存，等待事件；就緒/掛起：進(jìn)程在外存，只要調(diào)入內(nèi)存即可執(zhí)行 ；阻塞/掛起：進(jìn)程在外存，等待事件。 注:處理機(jī)可調(diào)度執(zhí)行的進(jìn)程有兩種：
新創(chuàng)建的進(jìn)程；或換入一個(gè)以前掛起的進(jìn)程。通常為避免增加系統(tǒng)負(fù)載，系統(tǒng)會(huì)換入一個(gè)以前掛起的進(jìn)程執(zhí)行。

具有掛起狀態(tài)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換模型 注： 1.阻塞->阻塞/掛起 ：OS通常將阻塞進(jìn)程換出，以騰出內(nèi)存空間 2.阻塞/掛起->就緒/掛起:當(dāng)阻塞/掛起進(jìn)程等待的事件發(fā)生時(shí)，可以將其轉(zhuǎn)換為就緒/掛起 3.就緒/掛起->就緒：OS需要調(diào)入一個(gè)進(jìn)程執(zhí)行.

2.3 進(jìn)程的控制

2.3.1 兩種執(zhí)行模式 模式一：系統(tǒng)模式/系統(tǒng)態(tài)/控制模式/內(nèi)核模式 具有較高的特權(quán)；運(yùn)行系統(tǒng)特定的指令，包括讀寫(xiě)控制寄存器的指令、基本I/O指令以及與存儲(chǔ)器管理有關(guān)的指令，及一些特定的內(nèi)存區(qū)。內(nèi)核模式下的處理機(jī)及其指令、寄存器和內(nèi)存都完全受到控制和保護(hù)。 模式二：用戶模式 具有較低的特權(quán)，用戶程序一般運(yùn)行在用戶模式 2.3.2 模式切換 用戶模式->系統(tǒng)模式：用戶程序執(zhí)行到一條系統(tǒng)調(diào)用，進(jìn)入操作系統(tǒng)內(nèi)核執(zhí)行
系統(tǒng)模式->用戶模式 ：執(zhí)行完系統(tǒng)調(diào)用的功能，返回到用戶程序
特殊情況：程序執(zhí)行到結(jié)束語(yǔ)句時(shí)，切換到系統(tǒng)模式，不再返回到用戶程序.
2.3.3 操作系統(tǒng)內(nèi)核（Kernel） 操作系統(tǒng)的核心，是基于硬件的第一層軟件擴(kuò)充，提供操作系統(tǒng)最基本的功能，是操作系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)。現(xiàn)代操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為減少系統(tǒng)本身的開(kāi)銷，往往將一些與硬件緊密相關(guān)的（如中斷處理程序、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等）、基本的、公共的、運(yùn)行頻率較高的模塊（如時(shí)鐘管理、進(jìn)程調(diào)度等）以及關(guān)鍵性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)獨(dú)立開(kāi)來(lái)，使之常駐內(nèi)存，并對(duì)它們進(jìn)行特殊保護(hù)。通常把這一部分稱為操作系統(tǒng)的內(nèi)核。
##：用戶通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用訪問(wèn)操作系統(tǒng)的功能，這些功能最終都通過(guò)操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)。 ##：不同的操作系統(tǒng)對(duì)內(nèi)核的定義和功能范圍的設(shè)定是不同的（操作系統(tǒng)內(nèi)核定義的理解不同）。
一般地，操作系統(tǒng)內(nèi)核的功能可以概括地劃分為資源管理功能和支撐功能。
##：資源管理，進(jìn)程管理（進(jìn)程創(chuàng)建和終止、調(diào)度、狀態(tài)轉(zhuǎn)換、同步和通信、管理PCB）、存儲(chǔ)管理（為進(jìn)程分配地址空間、對(duì)換、段/頁(yè)管理）和I/O設(shè)備管理（緩存管理、為進(jìn)程分配I/O通道和設(shè)備） ##：支撐功能，中斷處理、統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)、時(shí)鐘管理、原語(yǔ)操作等。?

2.3.4 進(jìn)程創(chuàng)建的原因、步驟以及進(jìn)程終止的原因

進(jìn)程創(chuàng)建的原因： ##：提交新的批處理作業(yè) ##：交互式用戶注冊(cè) ##：操作系統(tǒng)提供服務(wù) ##：父進(jìn)程創(chuàng)建子進(jìn)程 進(jìn)程創(chuàng)建的步驟： (1)為進(jìn)程分配一個(gè)唯一標(biāo)識(shí)號(hào)ID ?主進(jìn)程表中增加一個(gè)新的表項(xiàng) (2)為進(jìn)程分配空間，用戶地址空間、用戶棧空間、PCB空間。若共享已有空間，則應(yīng)建立相應(yīng)的鏈接。 (3)初始化PCB，進(jìn)程標(biāo)識(shí)、處理機(jī)狀態(tài)信息、進(jìn)程狀態(tài) (4)建立鏈接，若調(diào)度隊(duì)列是鏈表，則將新進(jìn)程插入到就緒或就緒/掛起鏈表 (5)建立或擴(kuò)展其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 進(jìn)程終止的原因： ##：批處理作業(yè)執(zhí)行到“結(jié)束”語(yǔ)句
##：交互式用戶“注銷” ##：停止進(jìn)程（應(yīng)用程序）的執(zhí)行 ##：遇到錯(cuò)誤或故障
舉例：進(jìn)程A切換到進(jìn)程B的步驟： (1)首先，保護(hù)進(jìn)程A的現(xiàn)場(chǎng),將進(jìn)程A的當(dāng)前運(yùn)行信息(如程序執(zhí)行到的當(dāng)前位置，程序狀態(tài)字，所有的寄存器值等)保存到進(jìn)程A的PCB中。 (2)然后，恢復(fù)進(jìn)程B的現(xiàn)場(chǎng),從進(jìn)程B的PCB中獲取其執(zhí)行信息，將這些信息寫(xiě)入相應(yīng)的寄存器中，程序計(jì)數(shù)器指向進(jìn)程B將執(zhí)行的下一條指令。進(jìn)程B可能第一次開(kāi)始執(zhí)行，也可能是被中斷過(guò)的進(jìn)程，恢復(fù)執(zhí)行。不論是哪一種情況，進(jìn)程B的執(zhí)行信息都能在其PCB中找到。?

3.比較進(jìn)程切換與模式切換

進(jìn)程切換是指：作用于進(jìn)程之間的一種操作。當(dāng)分派程序收回當(dāng)前進(jìn)程的CPU并準(zhǔn)備把它分派給某個(gè)就緒進(jìn)程時(shí)，該操作將被引用。 模式切換是指：是進(jìn)程內(nèi)部所引用的一種操作。當(dāng)用戶程序轉(zhuǎn)入系統(tǒng)調(diào)用，或相反時(shí)，該操作將被引用。 進(jìn)程切換一定引發(fā)模式切換，反之則不然。【進(jìn)程正在執(zhí)行時(shí)，如果需要切換到另一個(gè)進(jìn)程，需要引用系統(tǒng)的監(jiān)控程序進(jìn)行進(jìn)程的調(diào)度，一定會(huì)觸發(fā)模式切換】

4.進(jìn)程的調(diào)度

4.1什么是調(diào)度？（兼顧公平、效率、饑餓現(xiàn)象）

調(diào)度是指，在一個(gè)隊(duì)列中，按照某種方法（算法），選擇一個(gè)合適的個(gè)體的過(guò)程。調(diào)度的關(guān)鍵是需要某種方法或算法，好的調(diào)度算法有利于選擇到合適的個(gè)體。如何判斷、設(shè)計(jì)一個(gè)好的調(diào)度算法呢？

4.2 調(diào)度的目標(biāo)

##: 公平性，防止進(jìn)程長(zhǎng)期不能獲得調(diào)度而饑餓；
##: 處理機(jī)利用率，盡量提高處理機(jī)的利用率；
##: 提高系統(tǒng)吞吐量;
##: 盡量減少進(jìn)程的響應(yīng)時(shí)間

4.3 調(diào)度的原則

## 滿足用戶的要求:響應(yīng)時(shí)間、周轉(zhuǎn)時(shí)間、截止時(shí)間 響應(yīng)時(shí)間是指，從用戶通過(guò)鍵盤(pán)提交一個(gè)請(qǐng)求開(kāi)始，直到系統(tǒng)首次產(chǎn)生響應(yīng)為止的時(shí)間。響應(yīng)時(shí)間=輸入的請(qǐng)求傳送到處理機(jī)的時(shí)間?+ 處理機(jī)對(duì)請(qǐng)求信息進(jìn)行處理的時(shí)間?+ 將響應(yīng)結(jié)果發(fā)送到輸出終端的時(shí)間。調(diào)度算法則應(yīng)考慮盡可能使絕大多數(shù)用戶的請(qǐng)求能在響應(yīng)時(shí)間內(nèi)完成。常用于評(píng)價(jià)分時(shí)系統(tǒng)的性能。 周轉(zhuǎn)時(shí)間是指，從作業(yè)提交給系統(tǒng)開(kāi)始，到作業(yè)完成為止的這段時(shí)間間隔。周轉(zhuǎn)時(shí)間=作業(yè)在外存排隊(duì)等待調(diào)度的時(shí)間+進(jìn)程在就緒隊(duì)列中等待調(diào)度的時(shí)間+進(jìn)程被處理機(jī)執(zhí)行的時(shí)間+等待I/O操作完成的時(shí)間。常用于評(píng)價(jià)批處理系統(tǒng)的性能
截止時(shí)間是指，實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，某任務(wù)必須開(kāi)始執(zhí)行的最遲時(shí)間(開(kāi)始截止時(shí)間)，或必須完成的最遲時(shí)間（完成截止時(shí)間）。常用于評(píng)價(jià)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的性能。 ## 滿足系統(tǒng)的需求：系統(tǒng)吞吐量、處理機(jī)利用率、各類資源的平衡使用、公平性及優(yōu)先級(jí)?
吞吐量是指指單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)所完成的作業(yè)數(shù)，常用于評(píng)價(jià)批處理系統(tǒng)的性能。 處理機(jī)利用率是指，大、中型多用戶系統(tǒng)，由于處理機(jī)價(jià)格昂貴，處理機(jī)利用率是衡量系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，單用戶微機(jī)或某些實(shí)時(shí)系統(tǒng)，則并非很重要。? 各類資源的平衡使用，多道程序系統(tǒng)的目標(biāo)之一就是為了提高系統(tǒng)資源的利用率，因此，調(diào)度算法有責(zé)任使系統(tǒng)中的各種資源都盡量處于忙碌狀態(tài)。該原則同時(shí)適用于長(zhǎng)程調(diào)度和中程調(diào)度，因?yàn)樗鼈兛梢詻Q定哪些作業(yè)（進(jìn)程）可以進(jìn)入內(nèi)存，可以考慮系統(tǒng)資源的均衡使用。? 公平性是指，調(diào)度算法應(yīng)該對(duì)所有進(jìn)程公平，不偏袒任何進(jìn)程。
優(yōu)先級(jí)是指：優(yōu)先權(quán)高的進(jìn)程應(yīng)優(yōu)先調(diào)度。可以根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先權(quán)不同，組織不同的就緒隊(duì)列。進(jìn)程調(diào)度時(shí)首先選擇高優(yōu)先權(quán)隊(duì)列中的進(jìn)程，直到該隊(duì)列空，再調(diào)度較低優(yōu)先權(quán)隊(duì)列中的進(jìn)程，如圖所示：


幾乎所有操作系統(tǒng)的調(diào)度算法都可考慮優(yōu)先權(quán)原則。當(dāng)然，僅考慮優(yōu)先權(quán)，可能會(huì)出現(xiàn)饑餓，對(duì)低優(yōu)先權(quán)的進(jìn)程不公平。可以將進(jìn)程排隊(duì)的等待時(shí)間等因素納入優(yōu)先權(quán)的計(jì)算，隨著進(jìn)程等待時(shí)間的增長(zhǎng)，其優(yōu)先權(quán)也不斷提高，進(jìn)程也會(huì)在不久的將來(lái)得到調(diào)度。



可以將進(jìn)程排隊(duì)的等待時(shí)間等因素納入優(yōu)先權(quán)的計(jì)算，隨著進(jìn)程等待時(shí)間的增長(zhǎng)，其優(yōu)先權(quán)也不斷提高，進(jìn)程也會(huì)在不久的將來(lái)得到調(diào)度。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的[OS复习]进程管理2的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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