非进程内核模型

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用户级线程和内核级线程

⽤户级线程和内核级线程1.内核级线程：（1）线程的创建、撤销和切换等，都需要内核直接实现，即内核了解每⼀个作为可调度实体的线程。

（2）这些线程可以在全系统内进⾏资源的竞争。

（3）内核空间内为每⼀个内核⽀持线程设置了⼀个线程控制块（TCB），内核根据该控制块，感知线程的存在，并进⾏控制。

在⼀定程度上类似于进程，只是创建、调度的开销要⽐进程⼩。

有的统计是1：102.⽤户级线程：（1）⽤户级线程仅存在于⽤户空间。

——>对⽐内核(3)（2）内核并不能看到⽤户线程。

——>重要的区别（3）内核资源的分配仍然是按照进程进⾏分配的；各个⽤户线程只能在进程内进⾏资源竞争。

图6-1(a)显⽰了⽤户级线程，图6-1(b)显⽰了内核级线程，X（点击查看⼤图）(a) ⽤户级线程（点击查看⼤图）(b) 内核级线程图6-1⽤户级线程驻留在⽤户空间或模式。

运⾏时库管理这些线程，它也位于⽤户空间。

它们对于操作系统是不可见的，因此⽆法被调度到处理器内核。

每个线程并不具有⾃⾝的线程上下⽂。

因此，就线程的同时执⾏⽽⾔，任意给定时刻每个进程只能够有⼀个线程在运⾏，⽽且只有⼀个处理器内核会被分配给该进程。

对于⼀个进程，可能有成千上万个⽤户级线程，但是它们对系统资源没有影响。

运⾏时库调度并分派这些线程。

如同在图6-1(a)中看到的那样，库调度器从进程的多个线程中选择⼀个线程，然后该线程和该进程允许的⼀个内核线程关联起来。

内核线程将被操作系统调度器指派到处理器内核。

⽤户级线程是⼀种'多对⼀'的线程映射。

内核级线程驻留在内核空间，它们是内核对象。

有了内核线程，每个⽤户线程被映射或绑定到⼀个内核线程。

⽤户线程在其⽣命期内都会绑定到该内核线程。

⼀旦⽤户线程终⽌，两个线程都将离开系统。

这被称作'⼀对⼀'线程映射，如图6-1(b)所⽰。

操作系统调度器管理、调度并分派这些线程。

运⾏时库为每个⽤户级线程请求⼀个内核级线程。

Linux操作系统实验总结分析报告

Linux操作系统实验总结分析报告从系统的⾓度分析影响程序执⾏性能的因素1.Linux系统概念模型从全局的⾓度来看，Linux系统分为内核空间和⽤户空间，但毫⽆疑问内核空间是Linux系统的核⼼，因为内核负责管理整个系统的进程、内存、设备驱动程序、⽂件，决定着系统的性能和稳定性。

于是从这个⾓度我构建的Linux系统的概念模型如下图所⽰：此模型将Linux系统主要划分为四个模块：内存管理、进程管理、设备驱动程序、⽂件系统。

这四个部分也是⼀个操作系统最基本也是最重要的功能。

2.概念模型解析2.1 内存管理Linux系统采⽤虚拟内存管理技术，使得每个进程都有各⾃互不⼲涉的进程地址空间。

该空间是块⼤⼩为4G的线性虚拟空间，⽤户所看到和接触到的都是该虚拟地址，⽆法看到实际的物理内存地址。

利⽤这种虚拟地址不但能起到保护操作系统的效果（⽤户不能直接访问物理内存），⽽且更重要的是，⽤户程序可使⽤⽐实际物理内存更⼤的地址空间。

内存管理主要有分为如下⼏个功能：地址映射、虚拟地址管理、物理内存管理、内核空间管理、页⾯换⼊换出策略和⽤户空间内存管理，这些模块的架构图如下所⽰：2.2 进程管理进程管理是Linux系统⾮常重要的⼀部分，进程管理虽然不像内存管理、⽂件系统等模块那样复杂，但是它与其他⼏个模块的联系是⾮常紧密的。

进程管理主要包括进程的创建、切换、撤销和进程调度。

2.2.1 进程的创建、切换、撤销进程的创建：在Linux编程中，⼀般采⽤fork()函数来创建新的进程，当然，那是在⽤户空间的函数，它会调⽤内核中的clone()系统调⽤，由clone()函数继续调⽤do_fork()完成进程的创建。

整个进程创建过程可能涉及到如下函数：fork()/vfork()/_clone----------->clone()--------->do_fork()---------->copy_process()进程的切换：进程切换⼜称为任务切换、上下⽂切换。

现代操作系统第二章复习重点

第二章进程与线程·在早期计算机中，每个字节的读写直接由CPU处理（即没有DMA），对于多道程序而言这种组织方式有什么含义？在这个读取任务中包括两个时间：CPU复制数据的时间和IO设备工作的时间。

而早期IO设备的速度太慢了，IO 设备的工作时间远大于把数据存到内存中所需要的时间，CPU则会空转很长时间，此时多道程序设计就非常必要了。

进程是OS提供的最古老最需要的抽象概念，它把来回切换的多道程序描述成一种多程序的并发。

2.1进程多道程序设计站在系统的角度——提高了CPU的利用率站在用户的角度——可“同时”运行多个程序对某个具体的任务而言——执行速度不变单个CPU不能真正实现并行计算，其在任意时刻都只能执行一道指令。

（第一章到第六章都是以单个CPU来讲解的）·如何解决这个矛盾：OS采用了一系列软件技术实现程序并发执行。

·什么是程序的并发执行【“大家注意把这个刻在脑子里”】若干个程序段同时在系统中运行，这些程序段的执行在时间上是重叠的，一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始，即使这种重叠是很小的一部分，也称这几个程序段是并发执行的。

·什么是运行时间：程序在内存中的时间。

只有一个CPU，但是又希望有多个CPU——虚拟出多个CPU。

（“伪并行”，在任意时刻只有一个程序是活跃的）面向每个任务虚拟出一个CPU，这就是进程。

（CPU：从内存中取指令并执行）虚拟出的CPU本质：对每个进程虚拟了程序计数器。

2.1.1进程模型并行性:处理多个同时性活动的能力并行处理:利用多个处理部件，为完成一个整体任务而同时执行在任意时刻物理PC只对应一个程序的指令底层：CPU在各个进程间来回切换2.1.2进程的创建有4种主要事件导致进程的创建:1.系统初始化(foreground processes and daemons)2.执行了正在运行的进程所调用的进程创建系统调用★3.用户请求创建一个新进程4.一个批处理作业的初始化Fork子进程是父进程的精确副本。

进程、线程调度模型及其在Windows2000中的实现

与内核级线程相对应的，是用户级线程。这类实现多见于一些历史悠久的操作系统（如Unix系列），为了在操作系统中加入线程支持，采用了在用户空间增加运行库来实现线程。这些运行库被称为“线程包”。
进程、线程调度模型及其在Windows2000中的实现
在传统的操作系统中，每个进程有一个自己的地址空间以及一个单一的控制流程。事实上，这几乎就是传统操作系统中进程的定义。
但是，现实中有很多情况下需要在同一个地址空间中完成并行的任务，比如Web服务器程序，虽然使用多进程方式编程也可以很好地实现服务器，但进程间的数据共享由于需要跨越地址空间而显得十分不方便，同时进程间切换的开销也不可小视。
其实，在用户等待磁盘操作完成的时候，虽然进程对用户的输入无响应，但CPU确实是空闲的（假定没有忙碌的后台进程），理论上CPU应该可以响应用户输入。这样，我们就回到了多任务系统的设计初衷：提高CPU利用率。
我们先来讨论两个不使用线程模型的解决方案：多进程编程和使用异步系统调用。
如果使用多进程方式，则由主进程新建一个工作进程，将需要保存的数据传递给工作进程以进行保存操作。如果需要保存的数据量非常大，内存间的数据复制是一个可观的开销。当然，在较新的操作系统如System V中，由于采用COW（Copy On Write）技术，这个性能损失可以略过。另一个改进办法是使用共享内存，在一些不使用fork方式新建进程的操作系统上这是个好办法。
这两条路那一条都不是很方便。问题的关键在于，同步对象的句柄值只是每个进程对象表中的索引，在另一个进程中是无效的。但在线程模型下，这个问题就迎刃而解了。因为（同一进程中的）线程间共享同一张内核对象表，所以同一个同步对象的句柄对各线程来说都是有效的，传递时只要直接传句柄值就行了。

电子科技大学 UNIX_Linux操作系统内核结构6章

一个进程的上下文包括五个方面： ①、被进程正文所定义的进程状态 ②、进程所使用的全局变量和数据结构的值 ③、机器寄存器的值 ④、进程表项proc结构和user结构中的值 ⑤、用户堆栈和核心堆栈中的值
“执行一个进程”——指系统在该进程的上下文中执行，也就是进程的上下文确定和限制了进程的运行环境和空间。
可以随进程状态的变化而在内外存之间交换的进程控制信息中的其余部分。
为了方便进程映像在内外之间交换，UNIX系统中把进程非常驻内存部分作为一个整体，占用连续的存贮区，其顺序是：首先是user结构（进程扩充控制块）和核心栈，然后是数据段和用户栈。
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进程user结构和核心栈合并构成进程的“本进程数据区— —ppda区（per process data area）。
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在进程映像占用的内存被分配给其他进程之前，不但该进程的程序和数据需要调出内存，该进程的控制信息也被调出内存。但为了该进程能够再次被调入内存，内存中需要保留一部分必要的信息，这就把进程控制信息也分成了常驻内存和非常驻内存两部分：常驻内存控制信息块
是系统需要经常查询以及恢复整个进程映象时所不可缺少的信息。非常驻内存控制信息块
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3、进程的解释
在UNIX系统中进程的概念包含什么意义？
在较高级的方面进程是一个重要的组织概念。可以把计算机系统看作是若
干进程组合的活动。进程是系统中活动的实体，它可以生成和消灭，申请和释放资源，可以相互合作和竞争，而真正活动的部件如处理机和外部设备则是看不见的。
在较低级方面进程是不活动的实体，而处理机则是活动的，处理机的任
核心从一个进程转到另一个进程执行时，叫做“上下文切
换”，也就是系统从一个进程上下文确定的环境换到另一个进

process model15解读

1. 简介进程模型是操作系统中的核心概念之一，它描述了程序如何在计算机中执行，如何进行通信和同步等重要内容。

在计算机科学中，有许多不同的进程模型，每种模型都有其特定的特点和适用场景。

本文将对进程模型进行深入解读，包括其基本概念、分类、特点、应用等方面的内容。

2. 进程模型的基本概念进程是指在计算机系统中运行的程序的实例。

它是操作系统资源分配的基本单位，具有独立的位置区域空间、独立的内存空间、独立的文件系统等特点。

进程模型则是描述进程如何被创建、管理、调度、通信和同步的理论模型。

它包括了进程的状态转换、进程间的通信机制、进程的调度算法等内容。

3. 进程模型的分类根据进程的调度方式，进程模型可以分为多种类型。

常见的进程模型包括批处理系统、交互式系统、实时系统等。

批处理系统是指按照程序提交的顺序进行执行的系统，其中每个程序都需要等待前一个程序执行完毕才能开始执行。

交互式系统是指用户可以直接与系统进行交互的系统，用户可以随时输入指令并得到相应的结果。

实时系统是指对时间要求非常严格的系统，能够在严格的时间限制内完成任务的系统。

4. 进程模型的特点不同的进程模型具有不同的特点。

批处理系统具有高效、稳定的特点，但用户体验较差；交互式系统可以提供良好的用户体验，但需要保证系统响应速度和并发执行能力；实时系统需要满足时间要求非常严格的特点，能够在规定的时间内完成任务。

5. 进程模型的应用进程模型的应用非常广泛。

在操作系统中，不同类型的进程模型可以应用于不同的场景。

批处理系统常用于需要进行大量计算的场景，如科学计算、数据分析等；交互式系统常用于普通用户使用的计算机系统，能够提供良好的用户体验；实时系统常用于对时间要求非常严格的场景，如航空航天、工业控制等领域。

6. 结语进程模型是操作系统中非常重要的概念，对于理解计算机系统的运行原理和优化程序设计具有重要意义。

不同的进程模型具有不同的特点和适用场景，合理地选择和使用进程模型能够提高系统的性能和可靠性。

全国计算机等级考试四级网络工程师操作系统原理部分

操作系统原理第一章操作系统概论1.1操作系统的概念操作系统的特征：并发性，共享性，随机性。

研究操作系统的观点：软件的观点，资源管理的观点，进程的观点，虚拟机的观点，服务提供者的观点。

操作系统的功能：1.进程管理：进程控制，进程同步，进程间通信，调度。

2.存储管理：内存分配与回收，存储保护，内存扩充。

3.文件管理：文件存储空间管理，目录管理，文件系统安全性。

4.设备管理5.用户接口UNIX是一个良好的、通用的、多用户、多任务、分时操作系统。

1969年AT&T公司Kenneth L.Thompson 用汇编语言编写了Unix第一个版本V1，之后Unix用C语言编写，因此事可移植的。

1.3操作系统分类1.批处理操作系统：优点是作业流程自动化较高，资源利用率较高，作业吞吐量大，从而提高了整个系统的效率。

缺点是用户不能直接与计算机交互，不适合调试程序。

2.分时系统：特点是多路性，交互性，独占性，及时性。

3.实时操作系统4.嵌入式操作系统5.个人计算机操作系统6.网络操作系统7.分布式操作系统8.智能卡操作系统1.4操作系统结构1.整体式结构2.层次结构3.微内核（客户机/服务器）结构：①可靠，②灵活（便于操作系统增加新的服务功能），③适宜分布式处理的计算机环境第二章操作系统运行机制2.1中央处理器寄存器：用户可见寄存器：数据寄存器（通用寄存器），地址寄存器，条件码寄存器。

控制和状态寄存器：程序计数器，指令寄存器，程序状态字。

目态到管态的转换唯一途径是通过终端和异常。

管态到目态的转换可以通过设置PSW指令（修改程序状态字）实现。

PSW包括：①CPU的工作状态代码②条件码③中断屏蔽码2.2存储体系存储器设计：容量，速度，成本存储保护：①界地址寄存器（界限寄存器）：产生程序中断-越界中断或存储保护中断②存储键2.3中断与异常机制分类：中断：时钟中断，输入输出（I/O）中断，控制台中断，硬件故障中断异常：程序性中断，访管指令异常2.4系统调用系统调用程序被看成是一个低级的过程，只能由汇编语言直接访问。

计算机操作系统慕课版课后答案

计算机操作系统慕课版课后答案目标：提高系统资源的利用率诸如CPU,I/O设备，内存空间等资源。

提高系统的吞吐量，也就是通过操作系统可以合理地组织计算机的工作流程，提高资源利用利率，加速程序的运行，缩短程序的运行周期。

提高系统的吞吐量。

作用：对处理器，存储器，I/O设备，和信息（数据和程序）这四类资源进行管理。

（2）试说明OS与硬件、其它系统软件以及用户之间的关系？给用户提供一个管理界面，用来管理硬件的运行，给软件提供基础。

（3）试说明推动OS发展的主要动力是什么？计算机系统的性能的快速提高，硬件成本的下降，不断增长的应用需求都也促使操作系统的性能和结构有了显著提高，也促进了操作系统的不断更新升级。

（4）在OS中，何谓脱机IO和联机IO？脱机IO：事先将装有用户程序和数据的纸带装入纸带输入机，在一台外围机的控制下，把纸带上的数据输入到磁带上。

当CPU需要这些程序和数据时，再从磁带上高速地调入内存。

该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。

联机IO：在主机的直接控制下进行输入/输出的方式，称为联机输入/输出（On-Line I/O）方式。

是指作业的输入、调入内存及结果输出都在cpu直接控制下进行。

（5）试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么？满足用户的需要。

CPU的分时使用缩短了作业的使用周期；人机交互能力使用户能直接的控制自己的作业；主机的共享使多个用户能同时使用同一台计算机，独立处理自己的作业（6）实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？关键问题：当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及时接收并及时处理该命令，在用户能接受的时延内将结果返回给用户。

解决方法：针对及时接收问题，在系统中设置多路卡，使主机能同时接收用户从各个终端上输入的数据；为每个终端配置缓冲区，暂存用户键入的命令或数据。

针对及时处理问题，应使所有的用户作业都直接进入内存，并且为每个作业分配一个时间片，允许作业只在自己的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一次。

Linux多路复用

I/O多路复用分类：嵌入式 2011-05-03 16:12 163人阅读评论(0) 收藏举报一、五种I/O模型1、阻塞I/O模型最流行的I/O模型是阻塞I/O模型，缺省情形下，所有套接口都是阻塞的。

我们以数据报套接口为例来讲解此模型（我们使用UDP而不是TCP作为例子的原因在于就UDP而言，数据准备好读取的概念比较简单：要么整个数据报已经收到，要么还没有。

然而对于TCP来说，诸如套接口低潮标记等额外变量开始活动，导致这个概念变得复杂）。

进程调用recvfrom，其系统调用直到数据报到达且被拷贝到应用进程的缓冲区中或者发生错误才返回，期间一直在等待。

我们就说进程在从调用recvfrom开始到它返回的整段时间内是被阻塞的。

2、非阻塞I/O模型进程把一个套接口设置成非阻塞是在通知内核：当所请求的I/O操作非得把本进程投入睡眠才能完成时，不要把本进程投入睡眠，而是返回一个错误。

也就是说当数据没有到达时并不等待，而是以一个错误返回。

3、I/O复用模型调用select或poll，在这两个系统调用中的某一个上阻塞，而不是阻塞于真正I/O 系统调用。

阻塞于select调用，等待数据报套接口可读。

当select返回套接口可读条件时，调用recevfrom将数据报拷贝到应用缓冲区中。

4、信号驱动I/O模型首先开启套接口信号驱动I/O功能, 并通过系统调用sigaction安装一个信号处理函数（此系统调用立即返回，进程继续工作，它是非阻塞的）。

当数据报准备好被读时，就为该进程生成一个 SIGIO信号。

随即可以在信号处理程序中调用recvfrom来读数据报，井通知主循环数据已准备好被处理中。

也可以通知主循环，让它来读数据报。

5、异步I/O模型告知内核启动某个操作，并让内核在整个操作完成后(包括将数据从内核拷贝到用户自己的缓冲区)通知我们。

这种模型与信号驱动模型的主要区别是：信号驱动I/O：由内核通知我们何时可以启动一个I/O操作，异步I/O模型：由内核通知我们I/O操作何时完成。

一文读懂什么是进程、线程、协程（建议收藏）

⼀⽂读懂什么是进程、线程、协程（建议收藏）进程我们都知道计算机的核⼼是CPU，它承担了所有的计算任务；⽽操作系统是计算机的管理者，它负责任务的调度、资源的分配和管理，统领整个计算机硬件；应⽤程序则是具有某种功能的程序，程序是运⾏于操作系统之上的。

进程是⼀个具有⼀定独⽴功能的程序在⼀个数据集上的⼀次动态执⾏的过程，是操作系统进⾏资源分配和调度的⼀个独⽴单位，是应⽤程序运⾏的载体。

进程是⼀种抽象的概念，从来没有统⼀的标准定义。

进程⼀般由程序、数据集合和进程控制块三部分组成。

程序⽤于描述进程要完成的功能，是控制进程执⾏的指令集；数据集合是程序在执⾏时所需要的数据和⼯作区；程序控制块(Program Control Block，简称PCB)，包含进程的描述信息和控制信息，是进程存在的唯⼀标志。

进程具有的特征：动态性：进程是程序的⼀次执⾏过程，是临时的，有⽣命期的，是动态产⽣，动态消亡的；并发性：任何进程都可以同其他进程⼀起并发执⾏；独⽴性：进程是系统进⾏资源分配和调度的⼀个独⽴单位；结构性：进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。

线程在早期的操作系统中并没有线程的概念，进程是能拥有资源和独⽴运⾏的最⼩单位，也是程序执⾏的最⼩单位。

任务调度采⽤的是时间⽚轮转的抢占式调度⽅式，⽽进程是任务调度的最⼩单位，每个进程有各⾃独⽴的⼀块内存，使得各个进程之间内存地址相互隔离。

后来，随着计算机的发展，对CPU的要求越来越⾼，进程之间的切换开销较⼤，已经⽆法满⾜越来越复杂的程序的要求了。

于是就发明了线程。

线程是程序执⾏中⼀个单⼀的顺序控制流程，是程序执⾏流的最⼩单元，是处理器调度和分派的基本单位。

⼀个进程可以有⼀个或多个线程，各个线程之间共享程序的内存空间(也就是所在进程的内存空间)。

⼀个标准的线程由线程ID、当前指令指针(PC)、寄存器和堆栈组成。

⽽进程由内存空间(代码、数据、进程空间、打开的⽂件)和⼀个或多个线程组成。

计算机操作系统习题集

操作系统习题集参考教材：汤小丹等编著，计算机操作系统（第三版），西安电子科技大学出版社，2007年版；何炎祥等编著，计算机操作系统，清华大学出版社，2005年版；邹恒明著，计算机的心智操作系统之哲学原理，机械工业出版社，2009年4月。

第一章操作系统引论1.1 选择题1．下列哪一条是在操作系统设计中引入多道程序技术的好处？A. 使并发执行成为可能B. 简化操作系统的实现C. 减少对内存容量的需求D. 便于实施存储保护2．Windows XP属于下列哪一类操作系统？A. 单用户单任务B. 单用户多任务C. 多用户D. 批处理3．下列哪一条不是批处理系统的优点？DA. 吞吐量大B. 资源利用率高C. 系统开销小D. 响应及时4．能及时处理由过程控制反馈的数据并作出响应的操作系统是（）A、分时系统B、网络系统C、实时系统D、批处理系统5．UNIX系统是一个__________操作系统。

A、单用户B、单用户多任务C、多用户多任务D、多用户单任务6．在分时系统中，当用户数一定时，影响响应时间的主要因素是＿＿。

A、时间片B、调度算法C、存储分配方式D、作业的大小7．Windows NT属于哪一类操作系统？A、单用户单任务B、单用户多任务C、单道批处理D、多用户8．多道程序设计技术是指：多道程序可同时进入A ，在A 的位置B ，为使多道进程并发执行必须为每个用户作业创建进程，批处理系统由C 创建，而分时系统由D 创建。

选择答案：（1）内存（2）系统（3）固定（4）不定（5）进程调度（6）中级调度（7）作业调度（8）输入进程（9）系统调用（10）命令解释进程1．在手工操作阶段，操作员在进行装卸卡片或磁带等手工操作时，CPU处于空闲等待，我们称这种现象为。

2．多道批处理系统的特征为。

3．批量处理系统的缺点为；。

4．系统的出现，标志着操作系统的形成。

5．操作系统的基本类型有。

6．分时系统的特征为四个基本特征。

7．以多道程序设计为基础的现代操作系统具有。

一文读懂网络编程中的5种IO模型

一文读懂网络编程中的5种IO模型关于IO模型，就必须先谈到几个日常接触的几个与IO相关名字：同步，异步，阻塞，非阻塞。

一、名词解释1、同步如果事件A需要等待事件B的完成才能完成，这种串行执行机制可以说是同步的，这是一种可靠的任务序列，要么都成功，要么都失败。

2、异步如果事件A的执行不需要依赖事件B的完成结果，这种并行的执行机制可以说是异步的。

事件A不确定事件B是否真正完成，所以是不可靠的任务序列。

同步异步可以理解为多个事件的执行方式和执行时机如何，是串行等待还是并行执行。

同步中依赖事件等待被依赖事件的完成，然后触发自身开始执行，异步中依赖事件不需要等待被依赖事件，可以和被依赖事件并行执行，被依赖事件执行完成后，可以通过回调、通知等方式告知依赖事件。

3、阻塞对于阻塞，如果一个事件在发起一个调用之后，在调用结果返回之前，该事件会被一直挂起，处于等待状态。

4、非阻塞对于非阻塞，如果一个事件在发起调用以后，无论该调用当前是否得到结果，都会立刻返回，不会阻塞当前事件。

阻塞与非阻塞可以理解为单个事件在发起其他调用以后，自身的状态如何，是苦苦等待还是继续干自己的事情。

非阻塞虽然能提高CPU利用率，但是也带来了系统线程切换的成本，需要在CPU执行时间和系统切换成本之间好好估量一下。

二、IO模型IO模型分为五种，阻塞IO模型、非阻塞IO模型、IO复用模型、信号驱动IO模型、异步IO模型、前4种为同步IO操作、只有异步IO模型是异步IO操作、请仔细阅读IO交互便于理解IO模型。

1、阻塞IO模型网络编程中，读取客户端的数据需要调用recvfrom。

在默认情况下，这个调用会一直阻塞直到数据接收完毕，就是一个同步阻塞的IO方式。

模拟举例：老李去火车站买票，排队三天买到一张退票。

耗费：在车站吃喝拉撒睡 3天，其他事一件没干。

2、非阻塞IO模型当用户进程发出read操作时、如果内核中的数据还没有准备好、那么它并不会阻塞用户进程、而是立刻返回一个error、从用户进程角度讲、它发起一个read操作后、并不需要等待、而是马上就得到了一个结果、用户进程判断结果是一个error时、它就知道数据还没有准备好、于是它可以再次发送read操作、一旦内核中的数据准备好了、并且又再次收到了用户进程的系统调用、那么它马上就将数据拷贝到了用户内存、然后返回。

操作系统习题2(含答案)

操作系统总复习及相关习题第一章引论名词解释1操作系统操作系统是管理和控制计算机系统内各种硬件和软件资源，有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。

2管态当执行操作系统程序时，处理机所处的状态3目态当执行普通用户程序时，处理机所处的状态。

4多道程序设计在这种设计技术下，内存中能同时存放多道程序，在管理程序的控制下交替的执行。

这些作业共享CPU和系统中的其他资源。

5并发是指两个或多个活动在同一给定的时间间隔中进行。

它是宏观上的概念。

6并行是指两个或多个活动在同一时刻同时执行的情况。

7吞吐量在一段给定的时间内，计算机所能完成的总工作量。

8分时就是对时间的共享。

在分时系统中，分时主要是指若干并发程序对CPU时间的共享。

9实时表示“及时”或“既时”。

10系统调用是用户在程序中能以“函数调用”形式调用的、由操作系统提供的子功能的集合。

每一个子功能称作一条系统调用命令。

它是操作系统对外的接口，是用户级程序取得操作系统服务的唯一途径。

11特权指令指指令系统中这样一些指令，如启动设备指令、设置时钟指令、中断屏蔽指令和清内存指令，这些指令只能由操作系统使用。

12命令解释程序其主要功能是接收用户输入的命令，然后予以解释并且执行。

13脱机I/O是指输入/输出工作不受主机直接控制，而由卫星机专门负责完成I/O，主机专门完成快速计算任务，从而二者可以并行操作。

14联机I/O是指作业的输入、调入内存及结果输出都在cpu直接控制下进行。

15资源共享是指计算机系统中的资源被多个进程所功用。

例如，多个进程同时占用内存，从而对内存共享；它们并发执行时对cpu进行共享；各个进程在执行过程中提出对文件的读写请求，从而对磁盘进行共享等等。

简答题1什么是操作系统？它的主要功能是什么？答：操作系统是控制和管理计算机系统内各种硬件和软件资源，有效地组织多道程序运行的系统软件（或程序集合），是用户与计算机之间的接口。

由进程状态模型不断发展引发的逻辑思考

1. 引言进程状态模型是计算机科学领域中的一个重要概念，它描述了一个进程在其生命周期中所经历的不同状态，如就绪、运行、阻塞等。

随着计算机技术的发展，进程状态模型也不断得到完善和扩展，引发了许多有关逻辑思考的问题。

2. 进程状态模型的发展进程状态模型最早由Dijkstra在1968年提出，他将进程的状态划分为就绪、运行和阻塞三种基本状态，并引入了进程的同步和互斥概念。

随后，Tanenbaum和Woodhull在《操作系统原理》一书中对进程状态模型进行了进一步的完善，将进程的状态扩展为了更多种类，如创建、终止、挂起等。

3. 进程状态模型的应用进程状态模型在操作系统设计与实现中有着重要的应用价值。

操作系统需要根据进程的状态来管理系统资源，调度进程的执行顺序，并保证进程间的正确协作。

进程状态模型也被广泛应用于并发编程和分布式系统中，帮助程序员更好地理解和处理多任务并发的情况。

4. 进程状态模型的问题与思考随着计算机技术的不断发展，传统的进程状态模型也暴露出一些问题，进程状态的划分过于粗糙，无法很好地描述现代复杂系统中的进程行为。

另外，由于进程状态模型是一个静态的描述，无法反映进程状态的动态变化，导致在实际应用中需要额外引入一些机制来解决这些问题。

5. 基于进程状态模型的逻辑思考对进程状态模型的发展和应用给我们提出了一些有关逻辑思考的问题。

我们需要思考如何根据实际需求对进程状态模型进行扩展和修改，使其更好地适应现代复杂系统的需求。

我们还需要思考如何基于进程状态模型来设计和实现更加高效和稳定的操作系统和并发程序，以应对日益复杂的计算机系统和应用场景。

6. 结论进程状态模型作为计算机科学中的重要概念，其发展和应用给我们带来了许多思考。

我们需要不断地对进程状态模型进行深入的研究和思考，以更好地应对计算机系统和应用领域中的挑战。

我们也需要结合实际需求和发展趋势，不断完善和改进进程状态模型，使其能够更好地服务于我们的日常工作和生活。

操作系统课件：Lecture5 进程的控制与调度

➢简单、可靠；
公平性
➢容易理解、实现方便；
吞吐量
➢非抢占式的。
及时性
缺点：
周转时间
➢作业的平均等待时间过长，系统效率低下；
➢不适合于分时系统。
例，几乎同时到达的三个作业j1、j2、j3。j1运行2 小时，j2和j3只需1分钟。三个作业的平均周转时间为2个小时多。增长了短作业的周转时间。
（系统先运行j1，j2和j3要等2个小时。j1完成之后，j2和j3再分别运行1分钟。）
（3）为支持可剥夺调度，即使没有新就绪进程,为了让所有就绪进程轮流占用处理机，可在下述情况下申请进行进程调度：当时钟中断发生,时钟中断处理程序调用有关时间片的处理程序，发现正运行进程时间片到，应请求重新调度。以便让其他进程占用处理机。在按进程优先级进行进程调度的操作系统中，任何原因引起进程的优先级发生变化时，应请求重新调度。如进程通过系统调用自愿改变优先级时或者系统处理时钟中断时，根据各进程等待处理机的时间长短而调整进程的优先级。
内核进程1 调度
时间片到
进程2
内核调度
I/O请求
进程3
内核调度
时间片到
进程1
内核调度
进程3
...
时间片到
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引起进程调度因素（3大类）:
（1）进程主动放弃处理机时：
正在执行的进程执行完毕。操作系统在处理进程结束系统调用后应请求重新调度。正在执行的进程发出I/O请求，当操作系统代其启动外设I/O后，在I/O请求没有完成前要将进程变成阻塞状态，应该请求重新调度。正在执行的进程要等待其它进程或系统发出的事件时。如等待另一个进程通讯数据，这时操作系统应将现运行进程挂到等待队列，并且请求重新调度。正在执行的进程暂时得不到所要的系统资源，如要求独占资源，但其被其它进程占用，这时等待的进程应阻塞到等待队列上，并且请求重新调度。

五种编程模型

五种编程模型1、同步异步，阻塞⾮阻塞区别联系实际上同步与异步是针对应⽤程序与内核的交互⽽⾔的。

同步过程中进程触发IO操作并等待(也就是我们说的阻塞)或者轮询的去查看IO操作(也就是我们说的⾮阻塞)是否完成。

异步过程中进程触发IO操作以后，直接返回，做⾃⼰的事情，IO交给内核来处理，完成后内核通知进程IO完成。

同步和异步针对应⽤程序来，关注的是程序中间的协作关系；阻塞与⾮阻塞更关注的是单个进程的执⾏状态。

同步有阻塞和⾮阻塞之分，异步没有，它⼀定是⾮阻塞的。

阻塞、⾮阻塞、多路IO复⽤，都是同步IO，异步必定是⾮阻塞的，所以不存在异步阻塞和异步⾮阻塞的说法。

真正的异步IO需要CPU的深度参与。

换句话说，只有⽤户线程在操作IO的时候根本不去考虑IO的执⾏全部都交给CPU去完成，⽽⾃⼰只等待⼀个完成信号的时候，才是真正的异步IO。

所以，拉⼀个⼦线程去轮询、去死循环，或者使⽤select、poll、epool，都不是异步。

同步：执⾏⼀个操作之后，进程触发IO操作并等待(也就是我们说的阻塞)或者轮询的去查看IO操作(也就是我们说的⾮阻塞)是否完成，等待结果，然后才继续执⾏后续的操作。

异步：执⾏⼀个操作后，可以去执⾏其他的操作，然后等待通知再回来执⾏刚才没执⾏完的操作。

阻塞：进程给CPU传达⼀个任务之后，⼀直等待CPU处理完成，然后才执⾏后⾯的操作。

⾮阻塞：进程给CPU传达任我后，继续处理后续的操作，隔断时间再来询问之前的操作是否完成。

这样的过程其实也叫轮询。

2、IO模型（五种编程模型）这⾥统⼀使⽤Linux下的系统调⽤recv作为例⼦，它⽤于从套接字上接收⼀个消息，因为是⼀个系统调⽤，所以调⽤时会从⽤户进程空间切换到内核空间运⾏⼀段时间再切换回来。

默认情况下recv会等到⽹络数据到达并且复制到⽤户进程空间或者发⽣错误时返回，⽽第4个参数flags可以让它马上返回。

阻塞IO模型使⽤recv的默认参数⼀直等数据直到拷贝到⽤户空间，这段时间内进程始终阻塞。

Solaris多线程

Process
进程是线程的容器用户进程和轻量级进程一起创建，轻量级进程是内核对象，可使用户线程独立执行和进入内核；内核线程是Solaris中调度和执行单位
Solaris Thread Data Structures
proc_t p_tlist
kthread_t t_procp t_lwp klwp_t lwp_thread lwp_procp t_forw
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Process Creation
• • • • • • 传统UNIX的fork/exec模型 > fork(2) – 复制整个进程，包含所有线程 > fork1(2) -复制进程，只对调用线程 > vfork(2) -复制进程，但不复制地址空间 > 子进程将借用父进程地址空间，直至执行 exec()后新建空间。 • Solaris10中 • fork(2) 只复制调用线程 • • forkall(2) 加入：用来复制整个进程中包含的所有线程
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进程结构主要内容（续）
• 线程（Threads）. 各种域用来跟踪进程中LWP的数目， LWP状态和进程中所有的内核线程的链表。 • 微状态记帐（Microstate accounting）. 用于进程的资源使用及微状态的跟踪，包括多线程进程中的所有线程 • 用户域（User area）. 用户域（user area ，uarea)维护各种信息位，比如可执行名称和变量表，进程打开文件表的链。 • Procfs. 支持进程文件系统( process file system) • 资源管理（Resource management）.支持资源控制（controls）,计划（ projects）,任务（ tasks）, 和资源池（ resource pools）. • An examination of usr/src/uts/common/sys/proc.h reveals a considerable number of proc_t structure members required to make it all work as well as it does.

操作系统的结构设计

在一个多线程环境中，进程是系统进行保护和资源分配的单位，而线程则是进程中一条执行路径，每个进程中允许有多个线程，线程才是系统进行调度的独立单位。在一个进程中包含有多个可并发执行的控制流，而不是把多个控制流一一分散在多个进程中，这是并发多线程程序设计与并发多进程程序设计的主要不同之处。
4.管程
进程概念使OS结构变得清晰，主要表现在：
1）一个进程到另一个进程的控制转移由进程调度机构统一管理，不能杂乱无章，随意进行。
2）进程间的信号发送、消息传递和同步互斥由通信及同步机制完成，进程无法有意或无意破坏其它进程的数据。每个进程相对独立，相互隔离，提高了系统的安全性和可靠性。 3）进程结构较好刻画了系统的并发性，动态地描述出系统的执行过程，具有进程结构的操作系统，结构清晰、整齐划一，可维护性好。
4）内核可以使用特权指令。现代计算机都提供常态和特态等多种机器工作状态，有一类指令称为特权指令，只允许在特态下使用，规定这类指令只允许内核使用，可防止系统出现混乱。
内核是操作系统对裸机的第一次改造，内核和裸机组成多台虚拟机，具有以下一些特性。
1）虚拟机没有中断，进程设计者不再需要有硬件中断的概念，用户进程执行中无需处理中断。
二、整体式结构的操作系统 (1)
（a）整体式结构
操作系统的整体式结构又叫模块组合法，是基于结构化程序设计的一种软件结构设计方法。早期操作系统(如IBM操作系统) 采用这种结构设计方法。 1.主要设计思想和步骤
把模块作为操作系统的基本单位，按照功能需要而不是根据程序和数据的特性把整个系统分解为若干模块（还可再分成子模块），每个模块具有一定独立功能，若干个关联模块协作完成某个功能。明确各个模块之间的接口关系，各个模块间可以不加控制，自由调用；然后，分别设计、编码、调试各个模块。最后，把所有模块连结成一个完整的系统。

计算机等级考试四级教程---操作系统原理

基本要求1.掌握操作系统的基本概念、基本结构和运行机制.2.深入理解进程线程模型，深入理解进程同步机制，深入理解死锁概念及解决方案。

3.掌握存储管理基本概念，掌握分区存储管理方案，深入理解虚拟页式存储管理方案。

4.深入理解文件系统的设计、实现,以及提高文件系统性能的各种方法.5.了解I/O设备管理的基本概念、I/O软件的组成，掌握典型的I/O设备管理技术.6.了解操作系统的演化过程、新的设计思想和实现技术。

考试内容一、操作系统概述1、操作系统基本概念、特征、分类.基本概念：是计算机系统中的一个系统软件，它是这样一些程序模块的集合-—它们能有效地组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源，合理地组织计算机的工作流程，控制程序的执行，并向用户提供各种服务功能，使用户能够灵活的、方便、有效地使用计算机，并使整个计算机系统能够高效地运行（是具有各种功能的、大量程序模块的集合）。

任务： 1.组织和管理计算机系统中的硬件及软件资源 2.向用户提供各种服务功能特征：并发性（用户程序与用户程序之间并发执行；用户程序与操作系统程序之间并发执行）、共享性(互斥共享和同时共享)、随机性(要充分考虑各种各样的可能性）。

分类: 1.批处理操作系统（成批处理、SPOOLing技术) 简单/多道批处理系统 2。

分时系统（多路性、交互性、独占性、及时性）3。

实时操作系统硬实时/软实时系统（实时时钟管理、过载保护、高可靠性）4.嵌入式操作系统可针对需求进行裁剪、调整和生成（高可靠性、实时性、占有资源少、智能化能源管理、易于连接、低成本等）5。

个人计算机操作系统 (某一时间为单用户服务、图形界面、使用方便)6.网络操作系统集中式/分布式模式 (共享数据、资源及服务同运算处理能力）7.分布式操作系统（统一/同一操作系统、资源的深度共享、透明性、自治性）集群8。

智能卡操作系统资源管理、通信管理、安全管理、应用管理2、操作系统主要功能。

3 OPNET Modeler进程建模

■ 第3步：为系统和每个模块开发图表
第1阶段：上下文定义（续）
上层协议实体
需要发送的帧
SWaRe协议
发送帧确认
物理层实体
第2阶段：进程级分解
■ 第1步：决定合适的进程模型分解技术
单进程模型复合（父―子）进程模型
■ 第2步：对复合进程模型，确定每个进程各自的任务和功能 ■ 第3步：对复合进程模型，确定根进程，以及动态创建子进程的条件
▫ 这是一个返复迭代的过程，也是PMM的精髓！
■ 最终阶段：在OPNET中实现
第5阶段：为每个进程制定进程的行为
进程建模方法举例
进程建模方法例1：停等协议
■ 位于发送方的链路层协议
■ 基本功能：在误码信道上提供可靠的通信 ■ 接收来自上层的帧，并发送到物理层
进程建模方法例1：协议需求
进程建模方法例1：协议需求（续）
■ 接收来自上层的帧
■ 向物理层发送帧 ■ 收到物理层的发送完成确认后，再发送下一帧
■ 在等待确认期间，将收到的任何帧都缓存在队列中
■ 等待确认有一定的时间限制，如果超时，那么重发等待确认的帧
■ 链路可能失效，在链路恢复之前，不能够发送或重发帧
第1阶段：上下文定义
■ 考查整个系统
■ 第1步：定义相互独立的模块 ■ 第2步：选择模块之间的通信机制
链路恢复
帧到达确认超时等待确认且链路失效链路恢复
有重发标志
无重发标志
等待确认
等待确认
第5阶段：第2步―实现状态机（续）
■ 另一种方式：使用强制状态
第5阶段：第3步―编写代码
■ 在“HB”中定义宏
■ 允许begsim中断
■ 定义状态变量 ■ 定义函数