Chapter 4線程、對稱多處理和微內(nèi)核

一、???????????? 線程間的狀態(tài)切換比進程間的狀態(tài)切換開銷更低的原因？（從資源分配角度來分析）

從下面這幅圖可以看出

左邊為單線程進程模型，右邊為多線程進程模型。從上圖可以看出，多線程雖然有自己的線程控制塊、用戶棧和內(nèi)核棧，但是他們是共享同一個進程中用戶地址空間的，線程切換不需要重新分配資源；相反，進程間由于不共享用戶地址空間，進程切換時需要重新分配資源，操作系統(tǒng)使其環(huán)境產(chǎn)生實質(zhì)性的變化。（核心問題是資源分配問題）

二、???????????? 在進程概念中體現(xiàn)出來的兩個獨立且無關(guān)的特點是什么？

資源所有權(quán)和調(diào)度/執(zhí)行。

資源所有權(quán)：一個進程包括一個進程影像的虛擬地址空間，一個進程總是擁有對資源的控制或所有權(quán)。

調(diào)度/執(zhí)行：一個進程沿著一個通過一個或多個程序的一條執(zhí)行路徑（軌跡）。

三、???????????? 單用戶多處理系統(tǒng)中使用線程的4個例子

1、? 執(zhí)行速度

2、? 異步調(diào)用（程序）

3、? 前臺和后臺工作（如word）

4、? 模塊化程序結(jié)構(gòu)

在支持線程的OS中，調(diào)度和分派是在線程的基礎(chǔ)上完成的，但是有些活動影響著進程中的所有線程，因此OS必須在進程一級對它們進行管理。

四、???????????? 用戶級線程相對于內(nèi)核級線程的3個優(yōu)點

對比上面純用戶級線程和純內(nèi)核級線程，可知：

優(yōu)點一；純用戶級線程中，內(nèi)核以進程為單位進行調(diào)度，所有線程共享一個進程的用戶地址空間，因此線程切換不需內(nèi)核特權(quán)（右圖純內(nèi)核級線程中可以看出，當(dāng)進行線程切換時，需進入到內(nèi)核態(tài)進行切換），節(jié)省了兩次狀態(tài)轉(zhuǎn)換（用戶態(tài)——>內(nèi)核態(tài)，內(nèi)核態(tài)——>用戶態(tài)）。

優(yōu)點二：從上圖可知，用戶級線程處在用戶態(tài)執(zhí)行，與具體OS無關(guān)。調(diào)度可以是應(yīng)用程序相關(guān)的。

優(yōu)點三：用戶態(tài)線程可以在任何操作系統(tǒng)中運行（可移植性好），不需要內(nèi)核的的特別支持。線程庫（Thread libray）是一組供所有應(yīng)用程序共享的應(yīng)用程序級別的函數(shù)。

五、???????????? 用戶級線程相對于內(nèi)核級線程的兩個缺點。（也就是內(nèi)核級線程的優(yōu)點）

比較上兩圖可以看出：

缺點一：純用戶級線程中，內(nèi)核以進程為單位進行調(diào)度，因此當(dāng)其中一個用戶線程阻塞時，很有可能阻塞整個進程，而在內(nèi)核級線程中，當(dāng)一個線程發(fā)生阻塞時，內(nèi)核可以調(diào)度到另一個線程進行執(zhí)行。

缺點二、在純用戶進程中，內(nèi)核以進程為單位進行調(diào)度給處理器，一個多線程的應(yīng)用程序不能利用多處理技術(shù)，講多個線程分配給不同的處理器進行執(zhí)行。而右圖中內(nèi)核級線程是可以的，Windows采用的就是這種技術(shù)。

六、???????????? Jacketing的定義

針對用戶級線程的缺點而產(chǎn)生的技術(shù)。目標(biāo)：把產(chǎn)生阻塞的系統(tǒng)調(diào)用轉(zhuǎn)化成一個非阻塞的系統(tǒng)調(diào)用。

七、???????????? 給出在典型的單體結(jié)構(gòu)操作系統(tǒng)中可以找到，且可能是微內(nèi)核操作系統(tǒng)外部子系統(tǒng)的服務(wù)和功能。

文件系統(tǒng)，設(shè)備驅(qū)動程序、虛存管理程序、窗口系統(tǒng)和安全服務(wù)。他們可以和內(nèi)核交互，也可以相互交互。

八、???????????? 微內(nèi)核設(shè)計相對于整體式結(jié)構(gòu)設(shè)計的7個優(yōu)點。

UNIX分層內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)??????????? 微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)圖（客戶/服務(wù)器模式）

微內(nèi)核外部的操作系統(tǒng)部件被當(dāng)做服務(wù)器進程來實現(xiàn)，它們可以借助與微內(nèi)核傳遞消息來實現(xiàn)相互之間的交互。MACH采用微內(nèi)核模式。

1、? 一致接口，進程無需區(qū)分是內(nèi)核級服務(wù)還是用戶級服務(wù)

2、? 可擴展性，允許增加新的服務(wù)以及在同一個功能區(qū)域中提供多個服務(wù)

3、? 靈活性，不僅 可以增加功能還可以刪減功能，以產(chǎn)生一個更小、更有效的實現(xiàn)

4、? 可移植性，

5、? 可靠性，小的微內(nèi)核可以被嚴(yán)格的測試。

6、? 分布式系統(tǒng)支持

7、? 對面向?qū)ο蟛僮飨到y(tǒng)的支持

九、???????????? 微內(nèi)核操作系統(tǒng)可能存在的性能缺點（從客戶服務(wù)器的架構(gòu)來分析）

從微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)圖可以看出。因為微內(nèi)核中只有最基本功能，微內(nèi)核外部操作系統(tǒng)部件被當(dāng)做服務(wù)器進程實現(xiàn)，進程間通信需通過微內(nèi)核構(gòu)造和發(fā)送消息、接受應(yīng)答并解碼所花費的時間比進行一次系統(tǒng)調(diào)用的時間要多。

十、???????????? 列出即使在最小的微內(nèi)核操作系統(tǒng)中也可以找到的3個功能。

IPC——進程間通信，低級存儲管理、和I/O和中斷管理。

十一、????? 微內(nèi)核操作系統(tǒng)中，進程或線程間通信的基本形式是什么？

消息。通過微內(nèi)核構(gòu)造和發(fā)送信息，接受應(yīng)答并解碼。

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/lixiangfa/archive/2011/09/08/2171880.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的操作系统复习之线程、对称多处理和微内核的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。