进程切换和线程调度

文章目录

进程切换和线程调度
- 一、前言
- 二、进程切换
- - [2.1 进程的终止](#2.1 进程的终止)
  - [2.2 进程的状态](#2.2 进程的状态)
  - [2.3 进程的层次结构（管理结构）](#2.3 进程的层次结构（管理结构）)
  - [2.4 进程状态模型](#2.4 进程状态模型)
  - - [2.4.1 三态模型](#2.4.1 三态模型)
    - [2.4.2 五态模型](#2.4.2 五态模型)
    - [2.4.3 七态模型](#2.4.3 七态模型)
- 三、线程调度
- - [3.1 线程概念](#3.1 线程概念)
  - [3.2 线程的使用](#3.2 线程的使用)
  - [3.3 多线程解决方案](#3.3 多线程解决方案)
  - [3.4 单线程](#3.4 单线程)
- 四、小结

一、前言

先前了解了什么是进程，那么进程是怎样切换的呢？什么又是线程呢？它和进程有什么区别？

二、进程切换

2.1 进程的终止

正常退出（自愿的）

main函数运行到return，return后面的值作为退出的状态

退出的状态有用吗？

进程执行完，需要告诉调度的程序一个状态。在Linux中有一个变量?，这个变量名是获取上一个进程退出的状态

0-代表成功

2-退出为2号状态，这也属于自愿退出，因为进程发现了这个错误，并把状态返回给调用者

每个非0数字代表一个错误号

最后返回的0是对于上一个进程echo $?的返回
错误退出（自愿的）

正常是0，错误是非0，但是是主动发出错误的，并将错误信息告诉进程，再返回给父进程，父进程将错误信息放到一个变量里暂存一下
严重错误（非自愿的）

不可控的因素导致必须退出。比如：程序闪退
cpp 复制代码
```
char *s = "123";
s[0] = 'a';
```
程序没有错，但是是异常访问。

这种错误不再关注返回的状态数字号，因为这种状态值一般和系统的上下文有关，可能是随机的
被其他进程杀死（非自愿的）

比如：遇到程序死循环了，就可以利用另外一个终端kill -9 进程号来杀死进程，类似"强制退出"

退出
- 普通退出
  
  普通退出有可能会被系统忽略
- 强制退出
  
  强制退出是不会被系统忽略的（系统会屏蔽某些信号，但是有些信号是不会被屏蔽-强制信号）

2.2 进程的状态

shell 复制代码

ps aux

shell 复制代码

man ps

重点记忆：D、R、S

sleep：阻塞 = 睡眠，放弃CPU了，可唤醒的睡眠状态

Linux睡眠分两类

可中断的
不可中断的

IO，和磁盘打交道，把命令发给磁盘IO了，这是不可中断的

快速设备：CPU等，慢速设备：磁盘IO等

进程的业务分为两种：

IO密集型
c 复制代码
```
while(1)
{
    printf("====\n");
}
```
CPU很闲
CPU密集型
c 复制代码
```
int i = 0;
while(1)
{
    i++;
}
```
CPU很累

2.3 进程的层次结构（管理结构）

UNIX：树状结构，父和子的概念->父进程和子进程

父进程比子进程先退出，子进程还在不在？

cpp 复制代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>

void childProcess()
{
    sleep(1);
    printf("========%d : %d=======\n", getpid(), getppid());
}

int main()
{
    printf("fork test...\n");
    pid_t pid;

    pid = fork();   // 返回值会返回1次，由于复制，会父进程返回一次，子进程返回一次
    if(pid < 0)
    {
        perror("fork");
        exit(2);        // 释放PCB
    }
    else if(pid == 0)
    {
        childProcess();
    }
    else
    {
        exit(0);
    }
    
    return 0;
}

运行结果：

解释：父进程死掉了，但是子进程还在，但是其父进程是1（子进程是3095，按理来说，其父进程应该是3094），这种情况下的子进程被称为"孤儿进程 "，在OS中，其资源最后会被1号进程回收。（这就是Linux的层次结构）

但是Windows没有，是平级的状态（只要产生进程，彼此之间就是平级的），彼此是独立的。

由此，OS之间是不同的，我们学习OS，学习的更多是普适的观念

2.4 进程状态模型

关于进程状态，这里解释的都是理论模型，在工程中，完全可以自己去设计，合理即可。

注意：Linux没有使用下面任何一种模型

2.4.1 三态模型

就绪态（Ready State）

所谓的就绪态就是一个就绪队列（由OS内核维护），和CPU交互就靠就绪队列，即：CPU和就绪队列之间实现了通信（OS中的代码可以实现：CPU从就绪队列中取东西，也可以把CPU中正在运行的东西放到就绪队列中）
运行态（Running State）

在CPU中的东西就是运行态，运行态和就绪态是双向的。

a：从就绪态中取出一个东西加载到CPU，开始运行，这个加载过程就是调度行为。

b：运行态也有可能把进程送到就绪态，会有几种可能触发的情况：
- 时间片到了，OS争夺到执行权，OS根据就绪队列的情况，把正在运行的东西放到就绪队列中，再通过调度算法获取一个进程，重新加载到CPU（运行态）【基于分时】
- 基于抢占式（有高优先级的进程）的，当任务创建时，根据进程的优先级决定：把正在运行的程序打断（OS将其送到就绪态），把高优先级的进程马上送到CPU运行
阻塞态（Blocked State）

c：访问IO设备（耗时）、P操作（后续会讲）、等待事件发生的情况

如何让阻塞态的进程有机会被CPU光顾？

不能由阻塞态直接指向运行态。这会造成运行态紊乱（两个指向运行态）。

可以将其放到就绪态，这就是唤醒------d。谁唤醒呢？

比如键盘，scanf（这个进程就不能跟CPU打交道了），调用OS的键盘驱动，等待中断发生（键盘按下），键盘的驱动缓存中没有数据，睡眠（当前调用这个驱动的进程在队列里睡觉）

键盘一旦按下，就触发了中断，被CPU捕获，进入到键盘的处理函数，就会读取具体按键的数据放入到缓存区，开始判断（调用wake_up唤醒队列），唤醒队列后底层驱动就发现有数据了，将驱动缓存的数据解析到用户给的空间里，之后scanf继续执行

阻塞态的队列有多个，每个事件都有一个队列