進(jìn)程管理講解

進(jìn)程管理講解20XXWORK演講人：04-13目錄SCIENCEANDTECHNOLOGY進(jìn)程管理概述進(jìn)程狀態(tài)與轉(zhuǎn)換進(jìn)程調(diào)度策略進(jìn)程通信與同步機(jī)制進(jìn)程死鎖預(yù)防與處理進(jìn)程管理實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)程管理概述01

進(jìn)程定義及特點(diǎn)進(jìn)程定義進(jìn)程是計(jì)算機(jī)中的程序關(guān)于某數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng)，是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的基本單位，是操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。進(jìn)程特點(diǎn)動(dòng)態(tài)性、并發(fā)性、獨(dú)立性、異步性、結(jié)構(gòu)性。動(dòng)態(tài)性進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過(guò)程，是臨時(shí)的、有生命期的，是動(dòng)態(tài)產(chǎn)生、變化和消亡的。進(jìn)程定義及特點(diǎn)多個(gè)進(jìn)程實(shí)體同時(shí)存于內(nèi)存中，且能在一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)運(yùn)行。進(jìn)程是一個(gè)能獨(dú)立運(yùn)行、獨(dú)立獲得資源和獨(dú)立接受調(diào)度的基本單位。進(jìn)程以各自獨(dú)立的、不可預(yù)知的速度向前推進(jìn)。每個(gè)進(jìn)程都配置一個(gè)PCB，結(jié)構(gòu)上看進(jìn)程由程序段、數(shù)據(jù)段和PCB組成。并發(fā)性獨(dú)立性異步性結(jié)構(gòu)性進(jìn)程與程序的聯(lián)系進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過(guò)程，程序是進(jìn)程賴以存在的文本依據(jù)和基礎(chǔ)，進(jìn)程是程序功能的具體執(zhí)行者。進(jìn)程與程序的區(qū)別程序是一組有序指令的集合，是靜態(tài)的，不占用系統(tǒng)資源；進(jìn)程是程序的一次執(zhí)行過(guò)程，是動(dòng)態(tài)的，會(huì)占用系統(tǒng)資源。一個(gè)程序可以對(duì)應(yīng)多個(gè)進(jìn)程，但一個(gè)進(jìn)程只能對(duì)應(yīng)一個(gè)程序。進(jìn)程與程序關(guān)系進(jìn)程管理重要性提高系統(tǒng)資源利用率通過(guò)對(duì)進(jìn)程的管理，可以更加合理地分配和使用CPU、內(nèi)存等系統(tǒng)資源，避免資源的浪費(fèi)。提高系統(tǒng)吞吐量通過(guò)對(duì)進(jìn)程的管理，可以協(xié)調(diào)各個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行順序和執(zhí)行速度，從而提高系統(tǒng)的整體吞吐量。保證系統(tǒng)穩(wěn)定性通過(guò)對(duì)進(jìn)程的管理，可以對(duì)進(jìn)程進(jìn)行監(jiān)控和控制，防止進(jìn)程出現(xiàn)異常或錯(cuò)誤導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰或數(shù)據(jù)丟失等問(wèn)題，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。提供良好的用戶體驗(yàn)通過(guò)對(duì)進(jìn)程的管理，可以優(yōu)化系統(tǒng)的響應(yīng)速度和執(zhí)行效率，提高用戶的使用體驗(yàn)。進(jìn)程狀態(tài)與轉(zhuǎn)換02就緒態(tài)進(jìn)程已處于準(zhǔn)備運(yùn)行的狀態(tài)，即進(jìn)程獲得了除處理機(jī)外的一切所需資源，一旦得到處理機(jī)即可運(yùn)行。運(yùn)行態(tài)進(jìn)程正在處理機(jī)上運(yùn)行。在單處理機(jī)環(huán)境下，每一時(shí)刻最多只有一個(gè)進(jìn)程處于運(yùn)行態(tài)。阻塞態(tài)又稱等待態(tài)，進(jìn)程正在等待某一事件而暫停運(yùn)行，如等待某資源為可用或等待輸入/輸出完成。終止態(tài)進(jìn)程正從系統(tǒng)中消失，可能是進(jìn)程正常結(jié)束或其他原因被中止。新建態(tài)進(jìn)程正在被創(chuàng)建，尚未轉(zhuǎn)到就緒態(tài)。創(chuàng)建進(jìn)程通常需要多個(gè)步驟，包括分配進(jìn)程控制塊和其他資源。進(jìn)程狀態(tài)類型時(shí)間片到或CPU被其他高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程搶占。運(yùn)行態(tài)→就緒態(tài)進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件進(jìn)程被調(diào)度程序選中，分配到CPU資源。就緒態(tài)→運(yùn)行態(tài)進(jìn)程請(qǐng)求的資源得不到滿足，如等待I/O操作。運(yùn)行態(tài)→阻塞態(tài)系統(tǒng)完成創(chuàng)建進(jìn)程的所有必要步驟。新建態(tài)→就緒態(tài)進(jìn)程等待的條件已滿足，如I/O操作完成。阻塞態(tài)→就緒態(tài)進(jìn)程正常結(jié)束或因?yàn)殄e(cuò)誤、異常而被中止。運(yùn)行態(tài)→終止態(tài)進(jìn)程控制塊（PCB）中包含了進(jìn)程的當(dāng)前狀態(tài)信息，操作系統(tǒng)通過(guò)讀取PCB來(lái)確定進(jìn)程的狀態(tài)。存儲(chǔ)進(jìn)程狀態(tài)操作系統(tǒng)根據(jù)PCB中的信息，如優(yōu)先級(jí)、等待時(shí)間等，來(lái)決定下一個(gè)要執(zhí)行的進(jìn)程。實(shí)現(xiàn)進(jìn)程調(diào)度PCB中包含了進(jìn)程通信的相關(guān)信息，如消息隊(duì)列、信號(hào)量等，以實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和通信。實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信PCB記錄了進(jìn)程所占用的資源，如內(nèi)存空間、打開(kāi)的文件等，操作系統(tǒng)通過(guò)PCB來(lái)管理這些資源。維護(hù)進(jìn)程資源進(jìn)程控制塊作用進(jìn)程調(diào)度策略03非搶占式調(diào)度搶占式調(diào)度批處理調(diào)度實(shí)時(shí)調(diào)度調(diào)度策略分類01020304允許進(jìn)程運(yùn)行直到其完成或阻塞，然后再選擇其他進(jìn)程運(yùn)行。允許調(diào)度程序在進(jìn)程運(yùn)行期間中斷它，將CPU分配給另一個(gè)進(jìn)程。針對(duì)批處理系統(tǒng)，旨在最大化系統(tǒng)吞吐量和資源利用率。針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，確保關(guān)鍵任務(wù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成。按照進(jìn)程到達(dá)的順序進(jìn)行調(diào)度，簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，但可能導(dǎo)致短進(jìn)程等待長(zhǎng)進(jìn)程。先來(lái)先服務(wù)（FCFS）短進(jìn)程優(yōu)先（SPF）優(yōu)先級(jí)調(diào)度時(shí)間片輪轉(zhuǎn)（RR）優(yōu)先選擇運(yùn)行時(shí)間短的進(jìn)程，可最小化平均等待時(shí)間，但需要預(yù)估進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間。根據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度，高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程優(yōu)先運(yùn)行，可靈活調(diào)整系統(tǒng)性能。將CPU時(shí)間劃分為時(shí)間片，每個(gè)進(jìn)程輪流運(yùn)行一個(gè)時(shí)間片，實(shí)現(xiàn)公平調(diào)度。常見(jiàn)調(diào)度算法介紹系統(tǒng)類型性能需求進(jìn)程特性公平性調(diào)度策略選擇依據(jù)批處理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)系統(tǒng)、交互式系統(tǒng)等不同類型的系統(tǒng)需要選擇不同的調(diào)度策略?？紤]進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)間、優(yōu)先級(jí)、I/O需求等特性來(lái)選擇合適的調(diào)度策略。根據(jù)系統(tǒng)對(duì)響應(yīng)時(shí)間、吞吐量、資源利用率等性能指標(biāo)的需求來(lái)選擇調(diào)度策略。確保所有進(jìn)程都能公平地獲得CPU時(shí)間，避免饑餓現(xiàn)象的發(fā)生。進(jìn)程通信與同步機(jī)制04套接字通信適用于不同機(jī)器間的進(jìn)程通信，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。共享內(nèi)存通信最快的進(jìn)程間通信方式，不同進(jìn)程通過(guò)映射到同一塊物理內(nèi)存地址進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。消息隊(duì)列通信消息的鏈接表，包括消息類型和正文，適用于進(jìn)程間較少的數(shù)據(jù)通信。管道通信半雙工通信方式，數(shù)據(jù)只能單向流動(dòng)，且只能在具有親緣關(guān)系的進(jìn)程間使用。信號(hào)量通信通過(guò)信號(hào)量機(jī)制實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的同步和互斥，可用于多個(gè)進(jìn)程間的協(xié)調(diào)操作。進(jìn)程通信方式對(duì)多個(gè)相關(guān)進(jìn)程在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào)，使并發(fā)執(zhí)行的諸進(jìn)程之間能有效地共享資源和相互合作，從而使程序能正確執(zhí)行。進(jìn)程同步概念當(dāng)多個(gè)進(jìn)程共享資源時(shí)，需要保證資源在任意時(shí)刻只被一個(gè)進(jìn)程訪問(wèn)，以避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致和錯(cuò)誤的結(jié)果。進(jìn)程同步需求進(jìn)程同步概念及需求通過(guò)PV操作實(shí)現(xiàn)對(duì)共享資源的訪問(wèn)控制，保證進(jìn)程間的同步和互斥。信號(hào)量機(jī)制允許進(jìn)程在特定條件下被其他進(jìn)程喚醒，常用于生產(chǎn)者-消費(fèi)者問(wèn)題等多進(jìn)程協(xié)作場(chǎng)景。條件變量機(jī)制提供互斥訪問(wèn)共享資源的手段，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程獲得鎖時(shí)，其他進(jìn)程不能訪問(wèn)該資源?；コ怄i機(jī)制允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)讀取共享資源，但只允許一個(gè)進(jìn)程寫(xiě)入，提高了并發(fā)性能。讀寫(xiě)鎖機(jī)制01030204常見(jiàn)同步機(jī)制介紹進(jìn)程死鎖預(yù)防與處理05死鎖是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的進(jìn)程在執(zhí)行過(guò)程中，因爭(zhēng)奪資源而造成的一種互相等待的現(xiàn)象，若無(wú)外力干涉，這些進(jìn)程都將無(wú)法向前推進(jìn)。死鎖概念死鎖的產(chǎn)生必須滿足四個(gè)必要條件，即互斥條件、請(qǐng)求與保持條件、不剝奪條件和環(huán)路等待條件。只有當(dāng)這四個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，系統(tǒng)才可能發(fā)生死鎖。產(chǎn)生條件死鎖概念及產(chǎn)生條件破壞互斥條件通過(guò)允許進(jìn)程共享某些資源來(lái)破壞互斥條件，但這種方法可能導(dǎo)致資源使用沖突和數(shù)據(jù)不一致問(wèn)題。破壞不剝奪條件允許操作系統(tǒng)在必要時(shí)剝奪已分配給進(jìn)程的資源。這要求系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)資源分配情況，并在必要時(shí)進(jìn)行資源回收和重新分配。破壞環(huán)路等待條件對(duì)系統(tǒng)中的資源進(jìn)行排序，要求進(jìn)程按照順序申請(qǐng)資源。這可以確保系統(tǒng)中不存在環(huán)路等待的情況，從而避免死鎖的發(fā)生。破壞請(qǐng)求與保持條件要求進(jìn)程在運(yùn)行前一次性申請(qǐng)所有所需資源，或者在申請(qǐng)新資源前釋放已占有的資源。這可以避免進(jìn)程在已持有部分資源的情況下等待其他資源，從而降低死鎖風(fēng)險(xiǎn)。死鎖預(yù)防策略VS系統(tǒng)可以通過(guò)定期檢測(cè)資源分配圖和進(jìn)程等待圖來(lái)發(fā)現(xiàn)死鎖。資源分配圖可以顯示系統(tǒng)中資源的分配情況和進(jìn)程之間的等待關(guān)系，而進(jìn)程等待圖則可以顯示哪些進(jìn)程正在等待哪些資源。死鎖解除一旦檢測(cè)到死鎖，系統(tǒng)需要采取相應(yīng)的措施來(lái)解除死鎖。常見(jiàn)的解除方法包括終止死鎖進(jìn)程并重新啟動(dòng)、剝奪某些資源并分配給其他進(jìn)程、以及采用回滾策略將系統(tǒng)恢復(fù)到之前的狀態(tài)等。在解除死鎖時(shí)，需要確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的完整性，避免造成更大的損失。死鎖檢測(cè)死鎖檢測(cè)與解除方法進(jìn)程管理實(shí)踐應(yīng)用06進(jìn)程調(diào)度01操作系統(tǒng)通過(guò)進(jìn)程調(diào)度算法，如先來(lái)先服務(wù)（FCFS）、短作業(yè)優(yōu)先（SJF）、優(yōu)先級(jí)調(diào)度等，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)程的管理和調(diào)度，確保系統(tǒng)資源得到合理分配和使用。進(jìn)程控制塊（PCB）02操作系統(tǒng)為每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)進(jìn)程控制塊，用于記錄進(jìn)程的屬性信息，如進(jìn)程標(biāo)識(shí)符、進(jìn)程狀態(tài)、程序計(jì)數(shù)器、內(nèi)存指針等，方便操作系統(tǒng)對(duì)進(jìn)程的管理和控制。進(jìn)程間通信（IPC）03操作系統(tǒng)提供多種進(jìn)程間通信機(jī)制，如管道、消息隊(duì)列、共享內(nèi)存等，以實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作。操作系統(tǒng)中進(jìn)程管理實(shí)現(xiàn)線程同步多線程編程中，多個(gè)線程可能同時(shí)訪問(wèn)共享資源，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不一致和程序崩潰等問(wèn)題。因此，需要使用線程同步機(jī)制，如互斥鎖、信號(hào)量、條件變量等，確保線程安全地訪問(wèn)共享資源。線程調(diào)度多線程編程中，線程調(diào)度算法也十分重要。合理的線程調(diào)度算法可以提高程序的執(zhí)行效率和響應(yīng)速度，避免線程饑餓和優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)等問(wèn)題。線程池技術(shù)線程池技術(shù)可以有效地管理和復(fù)用線程資源，避免大量線程的創(chuàng)建和銷毀帶來(lái)的開(kāi)銷，提高程序的性能和穩(wěn)定性。多線程編程中線程安全問(wèn)題虛擬機(jī)監(jiān)視器（VMM）虛擬機(jī)監(jiān)視器是虛擬化技術(shù)的核心組件，負(fù)責(zé)管理和分配物理資源給虛擬機(jī)使用。VMM需要實(shí)現(xiàn)高效的資源調(diào)度算法，確保虛擬機(jī)之間的資源隔離和公平分配。資源爭(zhēng)用與解決策略在虛擬化環(huán)境中，多個(gè)虛擬機(jī)可能同時(shí)請(qǐng)