Chapter 4線程、對(duì)稱多處理和微內(nèi)核

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

從下面這幅圖可以看出

左邊為單線程進(jìn)程模型，右邊為多線程進(jìn)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(gè)進(jìn)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(jìn)程間由于不共享用戶地址空間，進(jìn)程切換時(shí)需要重新分配資源，操作系統(tǒng)使其環(huán)境產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的變化。（核心問(wèn)題是資源分配問(wèn)題）

二、???????????? 在進(jìn)程概念中體現(xiàn)出來(lái)的兩個(gè)獨(dú)立且無(wú)關(guān)的特點(diǎn)是什么？

資源所有權(quán)和調(diào)度/執(zhí)行。

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

調(diào)度/執(zhí)行：一個(gè)進(jìn)程沿著一個(gè)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)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(gè)例子

1、? 執(zhí)行速度

2、? 異步調(diào)用（程序）

3、? 前臺(tái)和后臺(tái)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(dòng)影響著進(jìn)程中的所有線程，因此OS必須在進(jìn)程一級(jí)對(duì)它們進(jìn)行管理。

四、???????????? 用戶級(jí)線程相對(duì)于內(nèi)核級(jí)線程的3個(gè)優(yōu)點(diǎn)

對(duì)比上面純用戶級(jí)線程和純內(nèi)核級(jí)線程，可知：

優(yōu)點(diǎn)一；純用戶級(jí)線程中，內(nèi)核以進(jìn)程為單位進(jìn)行調(diào)度，所有線程共享一個(gè)進(jìn)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(jí)線程中可以看出，當(dāng)進(jìn)行線程切換時(shí)，需進(jìn)入到內(nèi)核態(tài)進(jìn)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(diǎn)二：從上圖可知，用戶級(jí)線程處在用戶態(tài)執(zhí)行，與具體OS無(wú)關(guān)。調(diào)度可以是應(yīng)用程序相關(guān)的。

優(yōu)點(diǎn)三：用戶態(tài)線程可以在任何操作系統(tǒng)中運(yùn)行（可移植性好），不需要內(nèi)核的的特別支持。線程庫(kù)（Thread libray）是一組供所有應(yīng)用程序共享的應(yīng)用程序級(jí)別的函數(shù)。

五、???????????? 用戶級(jí)線程相對(duì)于內(nèi)核級(jí)線程的兩個(gè)缺點(diǎn)。（也就是內(nèi)核級(jí)線程的優(yōu)點(diǎn)）

比較上兩圖可以看出：

缺點(diǎn)一：純用戶級(jí)線程中，內(nèi)核以進(jìn)程為單位進(jìn)行調(diào)度，因此當(dāng)其中一個(gè)用戶線程阻塞時(shí)，很有可能阻塞整個(gè)進(jìn)程，而在內(nèi)核級(jí)線程中，當(dāng)一個(gè)線程發(fā)生阻塞時(shí)，內(nèi)核可以調(diào)度到另一個(gè)線程進(jìn)行執(zhí)行。

缺點(diǎn)二、在純用戶進(jìn)程中，內(nèi)核以進(jìn)程為單位進(jìn)行調(diào)度給處理器，一個(gè)多線程的應(yīng)用程序不能利用多處理技術(shù)，講多個(gè)線程分配給不同的處理器進(jìn)行執(zhí)行。而右圖中內(nèi)核級(jí)線程是可以的，Windows采用的就是這種技術(shù)。

六、???????????? Jacketing的定義

針對(duì)用戶級(jí)線程的缺點(diǎn)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(gè)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(dòng)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(jì)相對(duì)于整體式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的7個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

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(jìn)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們可以借助與微內(nèi)核傳遞消息來(lái)實(shí)現(xiàn)相互之間的交互。MACH采用微內(nèi)核模式。

1、? 一致接口，進(jìn)程無(wú)需區(qū)分是內(nèi)核級(jí)服務(wù)還是用戶級(jí)服務(wù)

2、? 可擴(kuò)展性，允許增加新的服務(wù)以及在同一個(gè)功能區(qū)域中提供多個(gè)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(gè)更小、更有效的實(shí)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(cè)試。

6、? 分布式系統(tǒng)支持

7、? 對(duì)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(diǎn)（從客戶服務(wù)器的架構(gòu)來(lái)分析）

從微內(nèi)核體系結(jié)構(gòu)圖可以看出。因?yàn)槲?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(jìn)程實(shí)現(xiàn)，進(jìn)程間通信需通過(guò)微內(nèi)核構(gòu)造和發(fā)送消息、接受應(yīng)答并解碼所花費(fèi)的時(shí)間比進(jìn)行一次系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)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(gè)功能。

IPC——進(jìn)程間通信，低級(jí)存儲(chǔ)管理、和I/O和中斷管理。

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

消息。通過(guò)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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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