【README】

本文内容总结自 B站 《操作系统-哈工大李治军老师》，内容非常棒，墙裂推荐；

多进程图像定义：多个进程使用cpu的图像；

多进程图像是操作系统的核心图像；

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【1】概述

1） PCB：

• 指的是  process control block， 进程控制块，是一个结构体（数据结构），用于记录进程状态，并按照顺序推进进程执行（分配资源，进行调度等）；
• pcb说的简单点，就是用于存储cpu物理寄存器的数据的结构体，当然还需要存储进程状态，内存映射表等信息；

2）多进程图像从启动开始到关机结束

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【1.1】main函数中的fork()创建第1个进程

1）fork函数：启动一个进程；
2）Linux操作系统初始化函数main函数，调用fork启动了第1个进程，该进程执行init函数，init启动一个shell程序；（window操作系统创建一个进程，启动一个桌面）

3）对于linux操作系统，用户通过shell程序创建其他进程；

• 可见，进程对于计算机的使用至关重要；因为我们每解决一个任务，计算机都会启动一个进程来执行这个任务；

4）window 打开任务管理器查看多个进程；

【补充】用户使用计算机本质

• 用户使用计算机，就是启动了一堆进程；
• 用户管理计算机，就是管理了一堆进程；

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【2】多进程如何组织与存放

 1）操作系统感知与组织进程：

• 全靠 PCB， process control block， 进程控制块；
• 用PCB 形成一个链表（数组）来组织多进程；

2）    进程分类：

• 正在执行的进程；
• 等待执行的进程；
• 需要等待某些事件完成后（如等待磁盘响应）再继续执行的进程；

【2.1】多进程如何组织 ：PCB+状态+队列

 

1）进程状态：

• 新建态；
• 就绪态；
• 运行态；
• 阻塞态；
• 终止态；

2）操作系统更新进程状态，利用状态对进程进行管理，有序推进进程执行进度；
小结：

• 操作系统用PCB存储进程，用进程状态推进进程执行，对进程进行管理；

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【2.2】多进程交替执行

1）schedule函数，进程切换函数；

Schedule(){   pNew = getNext(readQueue); // 获取下一个就绪进程；   switch_to(pCur, pNew); // 从当前进程切换到就绪进程； }

 补充： pCur, pNew 都是PCB，进程控制块；

2）getNext() ，进程调度算法；

• 调度策略包括： FIFO-先进先出，Priority-优先级；

3）进程交替执行三个部分：

• 队列操作；
• 调度；
• 切换；

4）切换前，把物理cpu的信息，主要是寄存器内容，保存在PCB，PCB存储在内存；

（干货）可以这样理解，cpu物理寄存器内容，存储在pcb，pcb是所有物理寄存器内容存储的载体，即pcb是逻辑寄存器；

 【补充】（汇编代码与C代码区别）

• 汇编代码，可以指定变量存储到某个具体的内存地址；
• 而C代码，无法做到；
• 即汇编代码可以对程序进行精细控制；

【小结】操作系统支持多进程图像所做的工作；

• 工作1）操作系统如何组织多个进程，用PCB，PCB形成队列；
• 工作2）如何完成进程切换？通过调度函数，选择下一个进程，得到下一个进程的PCB，最后把cpu中物理寄存器内容与下一个进程PCB内容（逻辑寄存器）进行交换，（需要注意的是PCB保存在内存中）；
• 工作3）如何处理进程间的相互影响；

5）多进程交替执行时，如何处理相互产生的影响？ 即并发访问问题；
多进程的信息存储在内存中，这样cpu才能取指执行；

如进程1操作地址100的数据，地址100存储进程2的代码，这样就会产生相互影响；
如何解决？

• 限制对地址100的读写；或 多进程的地址空间分离，即每个进程占用不同的内存地址空间；（从而可以看到，内存管理也为多进程服务的）
• 这就进入了内存管理；

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【2.3】 进程管理和内存管理形成多进程图像

1） 进程的内存空间映射

• 进程1的逻辑地址100映射到物理内存地址 780；
• 进程2的逻辑地址100映射到物理内存地址 1260；
• 进程1与进程2 相互不会影响；

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【2.4】多进程合作

1）进程合作：

• word进程，把word文件放入打印队列，打印进程从队列取出数据进行打印；

2）进程合作问题：

• 进程合作问题1：因为进程1和进程2交替执行，则队列7号元素存储的数据既包括进程1，也包括进程2的数据；存在数据被错误覆盖或覆写的风险；
• 进程合作问题2：生产者-消费者实例 （多进程并发执行问题，因为counter被两个进程操作）

 

 

因为多进程的并发执行问题，导致Counter语义错误，多进程合作失败；

 3）进程有序合作的核心在于进程同步
进程同步指的是： 写counter时，阻断其他进程访问counter；通过加锁来阻断其他线程来访问；

 

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【小结】

• 1）    多进程图像： 包含 pid1, pid2, pid3 多个进程；
• 2）    进程数据存储：存储在 PCB结构体，PCB存储在内存；
• 3）    多进程交替执行：通过调度函数实现，如 fifo，优先级；
• 4）    多进程合作： 每个进程都有一段独立的内存空间；若多个进程操作同一个变量，需要对变量上锁，操作完成后，解锁变量；