1.进程与线程

1.进程的概念

程序是静态的可执行文件；进程是动态的程序的一次执行过程。

进程的信息放在进程控制块（PCB）中；PCB是进程存在的唯一标志。

2.进程的组成、特征

进程实体（进程映像）由PCB、程序段和数据段组成。

引入进程实体的概念后，可把进程定义为：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

3.进程的状态与转换、进程的组织

3.1.进程的状态

3.2.进程状态的转换图

3.3.进程的组织方式

①链式

按照进程状态将PCB分为多个队列，阻塞态可能根据阻塞类型细分。操作系统持有指向各个队列的指针。

②索引

根据进程状态的不同建立索引表，操作系统持有指向各个索引表的指针。

4.进程控制

原语的执行具有原子性，通过“关中断指令”暂时屏蔽外部中断信号，通过“开中断指令”恢复。这两个是特权指令（只让内核程序使用）。

进程的创建过程

进程的终止过程

进程的阻塞和唤醒（成对使用）过程

进程的切换过程

5.进程通信

5.1.进程通信

为什么进程通信（IPC）需要操作系统支持？进程是分配系统资源的单位（包括内存地址空间），因此各进程拥有的内存地址空间相互独立。

共享存储

消息传递

管道通信

5.2.信号

6.线程

6.1.线程的概念和特点

没有线程时，系统中各个程序只能串行执行。有的进程可能需要“同时”做很多事，而传统的进程只能串行地执行一系列程序。所以引入了“线程”，来增加并发度。引入线程后，线程成为了程序执行流的最小单位。

线程是一个基本的 CPU 执行单元，也是程序执行流的最小单位。引入线程之后，不仅是进程之间可以并发，进程内的各线程之间也可以并发，从而进一步提升了系统的并发度，使得一个进程内也可以并发处理各种任务（如 QQ 视频、文字聊天、传文件）引入线程后，进程只作为除 CPU 之外的系统资源的分配单元（如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的）。

6.2.线程的实现方式和多线程模型

1.用户级线程由应用程序通过线程库实现，所有的线程管理工作都由应用程序负责（包括线程切换）；

2.用户级线程中，线程切换可以在用户态下即可完成，无需操作系统干预；

3.在用户看来，是有多个线程。但是在操作系统内核看来，并意识不到线程的存在。”用户级线程”就是”从用户视角看能看到的线程”。

4.优缺点

优点：用户级线程的切换在用户空间即可完成，不需要切换到核心态，线程管理的系统开销小，效率高。

缺点：当一个用户级线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞，并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并行运行。

1.内核级线程的管理工作由操作系统内核完成。

2.线程调度、切换等工作都由内核负责，因此内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成。

3.操作系统会为每个内核级线程建立相应的 TCB（Thread Control Block，线程控制块），通过 TCB 对线程进行管理。”内核级线程”就是”从操作系统内核视角看能看到的线程”

4.优缺点

优点：当一个线程被阻塞后，别的线程还可以继续执行，并发能力强。多线程可在多核处理机上并行执行。

缺点：一个用户进程会占用多个内核级线程，线程切换由操作系统内核完成，需要切换到核心态，因此线程管理的成本高，开销大。

6.3.线程的状态与转换

2.进程调度

1.调度的概念和层次

2.进程调度

2.1.进程调度的时机、切换与过程、方式

2.2.调度器和闲逛进程

3.调度的目标（调度算法的评价指标）

4.调度算法

4.1.先来先服务、最短作业优先、最高响应比优先

先来先服务（FCFS）

短作业优先（SJF）

最短剩余时间优先（SRTN）

SJF/SPF的抢占式版本

高响应比优先（HRRN）

小总结

4.2.时间片轮转、优先级、多级反馈队列

时间片轮转（RR）

优先级调度算法

多级反馈队列调度算法（MLFQ）

小总结

4.3.多级队列调度算法

5.多处理机调度

3.同步与互斥

1.同步与互斥的基本概念

2.进程互斥的实现方法

2.1.软件实现

注意这里 turn=1 不是说 P0 知道下一个要用的是 P1，而是一种规则。这样轮流访问。这种必须“轮流访问”带来的问题是，如果此时允许进 入临界区的进程是PO，而 PO一直不访问临界区，那么虽然此时临界区空闲，但是并不允许P1访问。 因此，单标志法存在的主要问题是：违背“空闲让进”原则。

2.2.硬件实现

3.互斥锁

4.信号量

4.1.信号量机制

4.2.用信号量实现进程互斥、同步、前驱关系

5.进程同步互斥问题

5.1.生产者-消费者问题

5.2.多生产者-多消费者问题

为什么不需要mutex也行？

5.3.读者-写者问题

如何实现“写优先”

5.4.哲学家进餐问题

6.管程

管程很类似于面向对象编程中的类（Class）

4.死锁

1.死锁的概念

在并发环境下，各进程因竞争资源而造成的一种互相等待对方手里的资源，导致各进程都阻塞，都无法向前推进的现象，就是”死锁”发生死锁后若无外力干涉，这些进程都将无法向前推进。

2.死锁的处理策略

2.1.预防死锁

2.2.避免死锁

银行家算法

2.3.死锁的检测与解除