L8&9&10 【哈工大_操作系统】CPU管理的直观想法&多进程图像&用户级线程

L2.1 CPU管理的直观想法

管理CPU -> 引出多进程视图

  1. 设置 PC 指针初值为程序在内存中开始的地址,自动取指执行
  2. 多个程序同时放在内存中,让CPU交替执行(并发:程序在读I/O时太慢,CPU空闲,则会去执行其他程序,不断来回切换)
  3. 引出进程概念:即运行中的程序

L2.2 多进程图像

操作系统的核心图像

PCB(process control block): 用来记录进程信息的数据结构

  1. 多进程组织:用PCB记录进程信息,用状态推进进程运行

  2. 多进程地址空间分离:内存管理(映射表,映射到物理地址是不同位置)

  3. 多进程同步:上锁

1、多进程的切换

复制代码
schedule();     // 进程交替
// schedule 展开
schedule() {
	pNew = getNext(ReadyQueue);  // 调度,就绪队列找到下一个进程的PCB
	switch_to(pCur, PNew);       // 切换,当前进程PCB保存并切换到下一个进程
}

L2.3 用户级线程

1、线程和进程的关系

  • 进程:进程是操作系统中资源分配的基本单位 ,进程的切换涉及到指令执行序列资源的切换,每个进程都有自己的资源。
  • 线程:线程是操作系统中CPU调度的基本单位 ,一个进程可以有多个线程,线程切换只涉及指令执行序列的切换,每个线程共享资源

线程保留了并发的优点,避免了进程切换代价太大。进程里面可以启动多个指令序列(线程)。每个线程共用一个映射表,共享内存,只切换程序,不切换资源

2、线程的切换

  1. 一个线程一个栈(两个栈)、一个TCB,TCB记录栈指针位置
  2. 介绍 Yield() 运行时切换栈和弹栈获取返回位置
  3. 引出 ThreadCreate() 流程:申请TCB、申请栈、栈保存初始位置、栈和TCB关联

总结:用 ThreadCreate() 创建一堆线程,每个线程有自己的函数,在线程中调用 Yield() 来跳转、释放CPU,让CPU在多个线程之间切换。

核心级线程:会进入内核,TCB在内核中,并发性更好。当一个线程阻塞时,能够看到其他线程。(比如用户级线程,如果获取网页数据的网卡卡了,CPU将切换到其他进程,不会运行该进程中的其他线程(比如从缓存中已下载的拿一些进行显示),此时浏览器将一片黑)

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