MOOCOS李志军——L8CPU管理的直观想法L9多进程图像

L8 CPU管理的直观想法

CPU的工作原理——取址执行

将程序读入内存，设置PC初值，CPU将地址从地址总线发出，读取内存，再将指令从总线返回，CPU执行指令，PC增加，接着下一个循环...

存在的问题

如果程序中包含IO（如scanf），CPU需要等待IO结果才可以继续往下执行，这个时间CPU处于空闲，效率低。

注：IO操作不占用CPU时间

怎么解决——并发执行程序

多道程序、交替执行

在等待IO时CPU去执行别的指令

怎么实现？

除了修改PC，实现程序跳转，还需要记录程序（进程）的上下文信息的结构（PCB）。

这个上下文信息只有程序在运行时才会产生的。

进程——运行中的程序

L9多进程图像

用户视角：多个进程同时运行

CPU视角：将多个进程记录好、按照合理的次序推进（分配资源、进行调度）

多进程图像从操作系统启动到关机一直存在

操作系统初始化的最后一条语句是

if(!fork()){init();}

相当于创建一个进程，这个进程执行init()；init()的作用是启动一个shell，等待用户的命令。

shell是以下程序

while(1){
	scanf("%s",cmd);
	if(!fork()){
	exec(cmd);
	}
	wait();
}

用户在shell输入一个命令,shell会创建一个新进程，在该进程内完成任务

多进程如何组织？——PCB+状态+队列

PCB记录进程信息

操作系统维护多个PCB的队列

进程状态图

多进程如何交替？——队列操作+调度+切换

pCur.state=‘W’ 将进程状态设置为阻塞态
schedule() 负责切换进程
getNext(ReadyQueue) 从就绪队列里取一个进程，关于先取哪个进程涉及到“调度”后边会讲解。
pCur，pNew代表PCB
switch_to()涉及上下文切换

调度

FIFO？priority？暂时不展开讲

切换

保存当前上下文，恢复新的上下文：利用PCB保存寄存器值

多进程之间会不会彼此影响？

存在的问题：多个进程的程序都在内存中，可能会使用相同的内存。

注意：

不能用DPL=0的方法限制访问，因为只有内核DPL=0，用户进程的DPL，CPL都为3

解决方法：

通过映射表实现多进程的地址空间分离（内存管理部分的内容）

同一个逻辑地址映射到不同物理地址。

因此说进程管理连带内存管理形成多进程图像

多进程如何合作？

例子：生产者-消费者实例

生产者进程、消费者进程、共享数据区
生产者进程：向共享数据区放
消费者进程：从共享数据区取
共享数据区：counter满了不能放，counter为0不能取

存在的问题：

将counter++;拆分成原子操作来看，发现问题。

解决方案——进程同步

上锁