[工学]操作系统复习

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1、2.5线程多线程操作系统中引入进程的目的是，为了描述和实现多个程序的并发执行，以改善资源利用率及提高系统的吞吐量。为什么还需要引入线程呢？这是为了减少程序并发执行时系统所付出的额外开销，使操作系统具有更好的并发性。进程的两个基本属性：（1）进程是一个拥有资源的独立单位；（2）进程同时又是一个可以独立调度的基本单位。系统为进程进行的操作创建进程、撤消进程、进程切换进程作为资源的拥有者和系统的调度对象，需要花费系统较大的额外开销。故，系统中同时存在的进程数目不宜过多，进程切换的频率也不宜过高，而这也就限制了并发度的进一步提高。由进程到线程目标：既能提高进程并发度，又能降低系统的额外开

2、销。实现：将进程的资源申请和调度属性分开。即进程作为资源的申请和拥有者，但不作为调度的基本单位。这样，就产生了线程的概念。线程是进程中的一个实体，是独立调度和分派的基本单位。线程自身基本上不拥有系统资源，只拥有少许运行中必不可少的私有资源。线程可与同属一个进程的其它线程共享进程的全部资源。线程的状态进程中的所有线程共享该进程的状态。线程具有三种基本状态：就绪、执行和阻塞。一般不具有挂起状态，因为线程共享进程的资源，包括存储空间，如果挂起一个进程，其所属的全部进程必将被挂起。而单独挂起某进程中的一个线程，必然会影响同一进程中的其它线程的执行，这是没有任何意义的。对线程的操作一个进程

3、可以创建和撤消一个或多个线程，同一进程中的多个线程可以并发执行。对线程的操作包括：派生(Spawn)，当系统创建一个进程时，同时也为该进程派生一个线程，同一进程中的线程可以再派生其它线程。阻塞(Block)，当线程需要等待某事件时，它将被阻塞，释放处理机执行其它线程。对线程的操作3.解除阻塞(Unblock)，当线程的阻塞事件发生，其状态转换为就绪，并插入到就绪队列，等待调度执行。4.结束(Finish)，当线程执行完毕，释放其私有资源。注意，线程阻塞不一定会引起整个进程的阻塞，否则，引入线程带来的并发性就不会提高。进程与线程传统操作系统中，一个进程可以创建一个线程，如MSDOS

4、就是一个单用户、单进程、单线程的操作系统，UNIX是一个多用户、多进程、单线程的操作系统。现代操作系统和软件设计大多支持多线程运行。例如，Java虚拟机是一个单进程、多线程的运行环境，Windows系列操作系统和Linux操作系统都采用了多进程、多线程技术。进程与线程-调度传统操作系统中，进程既是拥有资源的基本单位，又是独立调度的基本单位。引入线程的操作系统中，线程是独立调度的基本单位，进程是资源拥有的基本单位，从而可以显著地提高系统的并发程度。同一进程中的线程间切换不会引起进程切换，但当一个进程中的线程切换到另一进程中的线程时，将会引起进程切换。进程与线程-并发进程之间可以并发

5、执行同属于一个进程的多个线程之间，亦可并发执行因而使操作系统具有更好的并发性，从而能更有效地使用系统资源和提高系统吞吐量。进程与线程-并发例如在一个未引入线程的单处理机操作系统中，若仅设置一个文件服务进程，当它由于某种原因而被阻塞时，便没有其它的文件服务进程来提供服务。引入线程以后，可以在一个文件服务进程中设置多个服务线程，当第一个线程阻塞时，文件服务进程中的第二个线程可以继续运行；当第二个线程阻塞时，第三个线程可以继续执行，从而显著地提高了文件服务的质量和系统吞吐量。进程与线程-拥有资源进程是拥有资源的独立单位，它有权申请系统的各类资源。线程除了拥有很少的私有资源以外，不能申请

6、系统资源，可以共享其所属进程的资源。即，进程的代码段、数据段以及系统资源，如已打开的文件、I／O设备等，都可被其内的所有线程共享。进程与线程-系统开销操作系统管理进程的开销显著地大于管理线程所需的开销。进程切换的开销也远大于线程切换的开销。由于同一进程中的多个线程具有相同的地址空间，使它们之间的同步和通信也比较容易。有些类型的线程切换、同步和通信都无需操作系统内核的干预。线程的类型用户级线程和内核级线程用户级线程的创建、撤消及切换等操作全部由支持线程的应用程序完成，内核并不知道线程的存在。一些数据库管理系统，如Informix即支持用户级线程。应用程序可以利用线程库来设计多线程程

7、序，该线程库包含各种用于管理用户级线程的例程，如用于创建和撤消线程的例程、用于线程间传递消息和数据的例程、线程调度例程，以及保护和恢复线程上下文的例程等，如图2.22(a)所示。2.9互斥与同步解决方法之四：管程管程是一种在程序设计级控制进程互斥与同步的机制，具有信号量的功能，且更容易使用和控制。目前已有很多程序设计语言支持管程机制，如并发Pascal、Pascal_Plus、Modula-2、Modula-3、Java等，并且还作为程序库提供服务。利用管程可以锁定任何对象，尤其