本博客，根据王道所学。以下为第二章节知识点：

进程的概念、组成、状态与其转换、进程间通信、信号；

单/多线程模型、线程管理、调度时机的切换、调度的目标、调度算法、多处理机调度；

同步与互斥、进程互斥的软硬件实现方法、信号亮机制、生产者-单/多消费者、管程、死锁及其衍生问题；

 

在博客末尾，附有学习日记

知识总览(进程的概念、组成、特点)：

进程的组成--PCB

理解：

详细：

在操作系统中，PSW（Program Status Word，程序状态字）是用于存储当前程序执行状态信息的专用寄存器或存储区域，是 CPU 硬件的重要组成部分。它记录了程序运行时的关键状态，以便 CPU 在执行指令时快速获取和更新相关信息，同时支持操作系统对程序执行进行控制和管理。

具体如：状态切花时的state、进位标志，溢出标志....

进程的组成--程序段、数据段

程序是如何运行的：

1、

2、

进程的组成

进程的特征：（5大特征）

知识总览(2.1.3_进程的状态与转换)：

进程的状态--创建态、就绪态

进程的状态--运行态

进程的状态--阻塞态

进程的状态--终止态

进程状态的转化

熟称丁字裤。

进程的状态

进程的组织--链接方式

进程的组织--索引方式

（一般主要用链接方式，索引方式不是那么重要）

知识回顾与重要考点

进程的组织

知识总览(进程的状态)：

本章节，更多是理解性内容，背下来倒是没多大必要啦，但是读懂，还是很重要。

什么是进程：

如何实现进程控制？

1、

2、

如何实现原语的“原子性”？

这种特权指令，若允许用户程序使用的呢，那么随便执行一个作业(执行一个进程)，附一个关中断指令的buf，不到结尾停不下来，那还要操作系统干嘛。

进程控制相关的原语

创建

终止

阻塞和唤醒

程序是如何运行的：

1、

运行图：

2、

PSW是程序状态字，用于存放程序的运行状态和标志位。PSW是计算机系统的核心部件——运算器的一部分，用来存放两类信息：一类是体现当前指令执行结果的各种状态信息，称为状态标志，如有无进位（CF位），有无溢出（OF位），结果正负（SF位），结果是否为零（ZF位），奇偶标志位（PF位）等；另一类是存放控制信息，称为控制状态，如允许中断 (IF位)，跟踪标志（TF位），方向标志 (DF)等。操作系统将程序运行时的一组动态信息汇集在一起，称为程序状态字PSW，并放在处理器的一组特殊寄存器里，以方便系统的控制和管理。 

进程控制相关的原语：

知识点回顾：

作业和进程的关系就像你 “让电脑帮忙做一件事” 和 “电脑实际派工人干活” 的关系

拓展：

作业：

进程

作业与进程的关系：

知识总览(进程通信)：

什么是进程通信：

为什么进程通信需要操作系统的支持：

就像你的手机里，下载了一个陌生软件。

如果随意能读取其他进程的信息，你的私人信息随随便便就能暴露，那不就炸了吗。

进程存储分为3部分（共享存储、消息传递、管道通信）

共享存储：

具体细节：

消息传递

直接通信：

间接通信：

管道通信：

1、

很像：channel / 循环队列(先进先出)

2、

总结：

王道书_纠正：

知识总览(信号)

信号的作用：

拓展：

就是一个包

实现原理

信号的发送与保存

信号的处理（When）

信号的处理（how）

按照缺省（默认) 处理 / 用户自定义

疑难点

各个进程的信号处理有何区别？

每个进程可以自定义不同的信号。不同进程、对同一类型，进行不同自定义处理

信号与异常有什么关系？

信号与异常时配套关系，单独的内核态处理不了一些异常，可通过向用户态发出信号，配合处理。（拓展）

重点回顾：

信号，通常用于通知进程某个特定事件已经发生了

知识点(线程、多线程模型)

知识总览（线程）：

其实就是为了更好的利用硬件资源，在同等时间内，并发处理更多事情

什么是线程，为什么要引入线程？

增加并发量。

让进程变成了最小的资源分配单位，在进程内的线程才是最小的处理机调度单位

举一个简单的例子:引入进程之后，你只能在传输文件之后，才能发消息。消息发送完毕之后你才能干其他。

1、

2、

3、

引入线程机制后，有什么变化？

线程的属性

其实线程与进程各个方面及其相似 (TCB内存着大秘密哦）

知识总览（多线程模型）：

线程的实现方式

1、

早期是通过线程库实现的。

最简单的并行是通过while()循环实现。

2、

线程的实现方式1：

线程的管理工作谁来做？切换线程时是否需要cpu变态？操作系统是否能意识到线程是个啥？

(一对一)线程的实现方式2：

线程的管理工作由谁来完成？线程的切换是否需要cpu变态？

操作系统是否能意识到内核级线程的存在？这种线程的实现方式有什么优点和缺点？

多线程模型(一对一)

优点：不怕阻塞

缺点：一个进程占据的内核级线程太多

多线程模型(多对一)

这个和没有加内核级线程的模式，没啥区别啊，多此一举。

多线程模型(多对多)

知识回顾与重要考点

知识总览(线程管理)

线程的状态与转换

与进程很像（就绪、运行、阻塞）

进程的组织与控制

知识大纲(处理机调度)：

调度的基本概念：

调度的意思是，操作系统对调度开个口，就是对一堆要做的任务排个先后序。

高级调度：

对作业排个序

中级调度：

中级调度是通过挂起(内存调度)（内存与外存的关系）

低级调度：

就是cpu分配给那个进程的调度时间

补充知识：

就绪、运行、阻塞三态，都是存在内存中的。内存不够了，就会掉到硬盘那里。

三层调度的联系、对比：

只是频率的对比

知识回顾与重要考点

知识总览（进程调度的时机切换与过程调度方式）

进程调度的时机

进程调度就是低级调度（什么时机，那个上cpu）

进程调度的时机

这个涉及临界区资源(资源)与临界区(调用资源的静态代码)

进程调度的方式

非剥夺、与剥夺两种

进程的切换与过程

区区一个进程调度，还分为“狭义”与“广义“。

“广义” 就是 选择一个进程 并且 切换一个进程。

且进程的切换是有代价的。花时间与资源调度（规定 一般时间比不会超过总花费时间的1%）

知识回顾与重要考点

知识总览(调度目标-调度算法的评价指标)

CPU利用率

忙碌时间 / 总时间

系统吞吐量

作业总数 / 总共花了多长时间

周转时间

完成作业，花了多长时间

等待时间

等待处理机的时间

响应时间

从首次提交 到 首次响应

总：

知识总览（调度算法）

先来先服务(fcfs)

非抢占式，如queue，对长作业有利，对短作业不利

短作业优先(SJF)：

非抢占式：

抢占式：

短作业优先

高相应比算法(HRRN)：

由来：

详细：

就是结合了fcfs与sjf两者的优点。

知识重点回顾：

知识总览（调度算法）

时间片轮转(RR)

相当与建立了一个队列，先来的那个直接插在队首。

非常之公平，但是时间片太长的话，会退化成fcfs

优点是，尽可能让每个进程得到响应

优先级调度算法

优先级调度算法，是抢占式的，根据优先数确定顺序

多级反馈队列

思考：

详细：

结合FCFS 与 RR(时间片轮转)，加上多级队列，完美结合。

适用于交互系统。（RR可以让进程得到及时响应）

知识总览：

单处理机调度vs多处理机调度

负载均衡、处理机亲和性

方案一：公共就绪队列

方案二、私有就绪队列

知识回顾与重要考点

知识总览(同步与互斥的基本概念)：

同步？互斥？

什么是进程同步：

与进程异步相对应的，就是同步。

通过管道，告诉我们，制约关系-->导致同步

什么是进程互斥：

就是多个进程 同时看中一份 不能同时共享的资源。需要互斥使用。

具体(进程互斥)：

原则：

1、空闲让进

2、忙则等待

3、有限等待

4、让权等待

知识回顾：

知识总览(互斥-软件实现方法)

如果没有进程互斥?

必然导致资源运用混乱

单标志法：

这个是固定的按照 你一次，我一次的方法运用的。

所以会导致“空闲等待”的问题

双标志法：

当p0执行完1后，时间片到了，又执行了p1的5

会导致空闲让进、有限等待

后检查法：

先检查法：

Peterson算法

除了，让全等待，其他都已完成。

就是你让我，我让你，谁最后让，谁最后让对方做。（孔融让梨）

知识回顾：

知识总览(硬件)

一、中断屏蔽方法（禁用中断）大白话解释：

好比你在图书馆写作业，为了不被打扰，你直接把图书馆的门铃拆了（禁用所有人的进出）。这样一来，没人能打断你，但副作用是紧急情况（如着火）也无法通知你。

优点：

• 简单粗暴：直接不让任何中断发生，保证你的代码（临界区）执行时不会被打扰。
• 绝对有效：在单核 CPU 中，禁用中断后，CPU 不会切换到其他任务，你的代码可以独占资源。

缺点：

• 危险：如果长时间禁用中断，系统可能无法响应紧急事件（如硬件故障、用户按键），导致系统崩溃。
• 不公平：其他任务可能因此饿死（无法获得 CPU 时间）。
• 多核失效：现代 CPU 通常多核并行，禁用一个核的中断对其他核无效，无法阻止其他核访问共享资源。
• 不适用于用户程序：只有操作系统内核能禁用中断，普通程序无权操作。

适用场景：

• 操作系统内核中极短时间的关键操作（如修改系统全局变量）。
• 单核系统中对实时性要求极高的代码。

二、TestAndSet（TSL 指令）大白话解释：

好比你去公共厕所，门上有个 “有人 / 无人” 的牌子。你每次进门前先看牌子：

• 如果是 “无人”，你马上翻成 “有人”，然后进去锁门。
• 如果是 “有人”，你就等着，等里面的人出来把牌子翻回 “无人”。

优点：

• 原子性：检查和设置牌子的动作是一体的（不可分割），不会出现两个人同时看到 “无人” 而冲突的情况。
• 适用性广：适用于多核 CPU，所有核都能通过这个指令竞争资源。
• 实现简单：硬件直接支持（如 x86 架构的 LOCK TSL 指令）。

缺点：

• 忙等待（自旋锁）：没抢到资源的线程会一直循环检查牌子，浪费 CPU 时间（好比你盯着厕所门一直等，啥也不干）。
• 优先级反转：如果低优先级的线程持有锁，高优先级线程会一直等待，导致低优先级任务反而先执行。
• 公平性差：可能导致某些线程长期抢不到锁（饥饿）。

适用场景：

• 锁持有时间很短的场景（如缓存行的更新）。
• 多核系统中对性能要求极高的代码。

三、Swap 方法（交换指令）大白话解释：

还是公共厕所的例子，但这次规则变了：你进门时必须和门上的牌子交换状态。

• 如果牌子是 “无人”，你把自己的 “有人” 牌子和它交换，然后进去锁门。
• 如果牌子是 “有人”，你把自己的 “无人” 牌子和它交换，发现对方是 “有人”，就继续等。

优点：

• 原子性：交换操作是原子的，不会出现冲突。
• 与 TSL 类似：同样适用于多核 CPU，实现简单。

缺点：

• 同样的忙等待问题：没抢到锁的线程会一直循环交换，浪费 CPU。
• 可能更差的缓存效率：频繁交换会导致缓存失效，性能不如 TSL。

适用场景：

• 与 TSL 类似，但某些硬件架构可能更适合用 Swap 指令（如早期的 ARM 架构）。

对比总结

方法	优点	缺点	适用场景
中断屏蔽	简单、单核有效	危险、多核无效	内核短时间关键操作
TestAndSet	多核支持、原子性	忙等待、公平性差	短时间锁、多核高性能场景
Swap	多核支持、原子性	忙等待、缓存效率低	特定硬件架构（如早期 ARM）

补充说明：

现代操作系统通常结合多种方法（如用 TSL 实现基础锁，再用条件变量解决长等待问题），以平衡性能和公平性。

知识点（互斥锁）

进程互斥：锁

咱们的这个锁呢，只有一把。通过acquire()获取 与 release()释放。

知识总纲(信号量机制)

信号量机制：

大概就是说了一下wait()与signal()。他们也等于P(S)、V(S) -荷兰语变成的呢。

信号量机制(整形信号量)

字如其意，通过一个变量表示。

整形信号量会导致 “让权等待” 无法完成。

信号量机制(记录型信号量)

详解：

记录型信号量，通过一个记录型数据结构表示（包含资源数的变量 与 等待队列）

应用：

知识回顾与重要考点

知识总览(互斥、同步、前驱关系)

经过我的学习，互斥呢就是，通过P()、V()进行锁操作

前驱关系是为了解决同步问题。（上一个进程(前驱) 释放了某一个某种资源，本进程才能开始）

信号量机制实现进程互斥

一个简单的互斥实现

信号量机制实现进程同步

简单的进程同步的，示意图。（不用看图片啦，听我说：就是暂停一个进程，去等待另一个进程释放资源），看图2更合适。

1、

2、

信号量实现前驱关系

知识回顾与重要考点

很有趣。

进程互斥是先P后V。

进程同步是先V后P。

知识大纲(生产者-消费者问题)

问题分析：

就是一个简单的对缓冲区的 生产、读写 操作。

如何实现：

如何实现，对缓冲区互斥的进行生产与消费。

思考：能否改变相邻P、V操作的顺序？

改变P、V操作后，可能会导致死锁。

知识回顾与重要考点

基于semaphore(记录型信号量)实现的full(非空闲缓冲区)、empty(空闲缓冲区)，与mutex。

知识大纲(生产者-多消费者问题)

问题描述

只有一个缓存区，肯定不够呐。

如何实现

知识回顾与重要考点

知识大纲(读者-写者问题)

就是对一个和缓存区or文件。读-写进程操作 / 读-读 / 写 - 读 / 写-写

分析-找思路-做题

如何实现：

为了保证写优先

知识回顾与重要考点

知识大纲(哲学家进餐)

有n个人、n根筷子。

防止死锁的方法：

1、最多同时允许有4个人拿起筷子。

2、在1的基础上，奇数拿左边的筷子，偶数拿右边的

知识回顾与重要考点

哲学家最重要的问题，就是不死锁就行，其他都好

知识大纲(管程)

为什么要引入管程

引入管程的目的就是简化设计流程---信号量机制麻烦、易错。如下：

管程的定义和基本特征

1、一个共享数据结构

2、对数操作的一组过程(函数)

3、可初始化

拓展1：用管程解4决生产者消费者问题

通过用类代码形式、帮助理解。

拓展2：Java中类似于管程的机制

知识回顾与重要考点

基本特征：

1、进程/线程 只能通过管程提供的特定入口才能访问

2、每次 仅能允许一个进程在管程内 执行某一个内部过程(类似调用函数)

知识大纲(死锁的概念)

什么是死锁？

1、

2、

死锁、饥饿、死循环的区别

共同点：都是进程 走不下去了

不同点：

死锁：拿不到继续走下去的资源

饥饿：拿不到cpu使用权，被凉了很久

死循环：bug 或者 刻意设计的

死锁产生的必要条件：

四大条件：互斥、不可剥夺、请求和保持、循环等待

什么时候会发生

死锁的处理策略

防范于未然：（1.预防死锁、2.避免死锁）

紧急处理：（死锁检测与解除）

知识回顾与重要考点

知识大纲(预防死锁产生)

破坏互斥条件：

就是将互斥的条件设计成共享资源。但是存在局限性

破坏不可剥夺条件

设置成强行剥夺，但是可能会造成过多的资源消耗。

破坏请求和保持

等收集到所有需要的资源后(标记而不占用)，再开始。

破坏循环等待

通过为资源标序号，各个进程按顺序取。

知识回顾与重要考点

知识大纲(避免死锁)

什么是安全序列

引出银行家算法

安全、不安全序列、死锁的联系

银行家算法

1、

2、

3、

具体：

知识回顾与重要考点

1、检测申请得最大数

2、检查此时系统剩余的可用资源是否还能满足这次请求

3、试探着分配，更改各数据结构

4、用安全性算法检查此次分配是否会导致系统进入不安全状态。

知识大纲(死锁的检测和解除)

就俩（检测/解除）

死锁的检测

就是用一种数据结构而已（不断简化、简化、简化。直到死锁or到达最简）

死锁定理

就是对这种行为，起了个名字而已

死锁的解除

1、资源剥夺

2、撤销

3、进程回退

知识回顾于重要考点

（检测

(数据结构：资源分配图，算法：死锁检测算法)+解除（3大种）

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借鉴：

1、王道操作系统

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学习日记： 

6.9(周一)	休息+有课
	学习了进程的管理，进程的通信， 整理了进程的组成、转换等知识点
	学习了虚拟机，对特权/非特权指令，内核态，用户态，虚拟机有了更清晰的认知。 一道算法题整了一半
6.10(周二)	学习了线程管理，创建
	在一个人做项目时，最好前后端都能看懂，才能更好的做下去
	学校考试而已
6.11(周三)
	分享会，玉龙学长分享的很清晰
	最近快考试了，课有点多
6.12(周四)
	前端作品，复习完毕
	答辩结束，结果还不错。 书在读、算法刷的有点少
6.13(周五)	复习了线程的管理、组织、信号、多线程模型 处理机的高级、中级、低级调度。并整理至笔记
	学习了线程的调度算法（先来先服务、最优调度...
	书有读、那道算法终于拿下，以后数组排序类的题，还是要将下标标注下来
6.14(周六)	四级考试结局
	学习了操作系统，进程调度的6中算法 fcfs、cc、sjf、短作业优先、优先级调度算法、多级调度队列 何为进程同步/互斥
	还好
6.15(周日)	学习了进程互斥的单/双标记法、Peterson算法。 了解硬件方面的中断屏蔽、TLS、Swap。 学习了信号量机制的，锁-（整型 / 记录型型号）
	算法相比上一周，有一点点进步 学习了锁互斥理论、了解同步与前驱的相互依存 生产者与消费者通过缓存区交流数据
	很OK
6.16(周一)	多个消费者从缓存区中取资源，为读者-写者问题打基础 复习哲学家进餐问题--专门用于解决死锁问题。 初步了解管道-为了简化编程设计与步骤
	上午知识点已总结 管程的发明就是为了简化设计 死锁有四种原因造成，有三大类方法去避免（预防/避免/检测和死锁） 其中，预防的是破坏那四种形成条件 避免是通过银行家算法避免
	简书互评已完成
6.17(周二)	杂事，已经处理完毕 死锁的检测 和 解除， 运用了资源分配图与死锁检测算法 解除共有三种方式：强行剥夺、回退、撤销
	学习内存基础、了解了指令。学习装入(静态装入、动态装入、重定位装入) 与链接(与装入类似)的三种方法。 并在内存管理中学习了内存分配(下方三种)、地址转换、内存保护 并且还了解，地址分配是由第一地址分配、固定地址分配、动态分配）三种分配 其中动态分配可由四个算法实现： 首次适应算法(综合性最好)、最佳适应算法(从小到大、需排序)、最坏适应算法(从大到小、需排序)、邻近适用算法(链表) 其中在学习，分页式储存管理时，学习到了： 页、页框、页框号....
	....