處理器管理——作業系統概述與程序管理
計算機作業系統發展史
第一階段，硬體昂貴，人力便宜，一個人寫程式碼，手工裝入與裝出紙帶，一次一個作業
第二階段，硬體昂貴，人力便宜，一個人寫程式碼，一個人手工裝入裝出紙帶，一次多個作業，即單批道處理但是慢的輸入輸出還是由CPU控制，於是產生了通道和中斷技術，通道即能讓CPU與輸入輸出操作並行，中斷即能讓剛才做輸入輸出的作業完成後，使CPU收到中斷訊號停止現在工作，重新來處理完成輸入輸出後的作業硬體不斷髮展，為了充分利用，出現多批道處理
第三個階段，硬體便宜一些，人力開始昂貴，便出現了分時系統，於是做到了人工人員人手一機，
第四個階段，硬體很便宜了，於是有了個人作業系統
第五個階段，線代作業系統，規模大，早已進入網際網路
作業系統分類
| 批處理作業系統 | 分時作業系統 | 實時作業系統 | 嵌入式作業系統 | 分散式作業系統 | 個人作業系統 |
|---|---|---|---|---|---|
| 作業成批的輸入計算機 | 多個使用者同時享用一臺計算機 | 規定的嚴格時間內完成事情的處理 | 能嵌入 | 大量計算機通過網路連線在一起 | 單使用者多工 |
| 火箭發射，核電站控制 | MP3 ，手機，機器人 | 私人電腦呀 |
引入
- 為什麼使用多道程式（multi-programming）？
提高計算機的各種資源使用效率 - 如何實現多道？
引進程序（process）
程序是什麼？
1.程式的程式碼
2.程式的資料
3.CPU暫存器
4.堆（heap）：儲存程序執行時動態分配的記憶體空間
5.棧（stack）：儲存執行的上下文資訊；函式呼叫時，儲存函式的形參和區域性變數
6.程序所佔用的一組系統資源，開啟的檔案
資源角度：一組相關的資源構成資源環境 以上6點
執行角度：一個正在執行的程式（動態）
程序的特性
1.併發性
2.動態性:通用暫存器的資料變換；IP暫存器的指令變換；堆的空間的釋放與分配；棧的出棧與進棧等等，都在變化；
3.獨立性：擁有自己的一套邏輯暫存器（就是一個個記憶體變數）
程序執行邏輯暫存器的值裝入物理暫存器中（物理暫存器只有一套），暫時不執行物理暫存器值儲存入邏輯暫存器
程式是什麼？
程式碼和資料（靜態）
程序的建立與終止
| 程序建立 | 程序的終止 |
|---|---|
| 系統初始化 | 正常退出 |
| 正在執行的程式需要去建立程序 | 錯誤退出 |
| 使用者發出請求，建立程序 | 致命錯誤 |
| 初始化批處理作業，建立程序 | 被其他程序終止 |
為什麼引入執行緒？
程序可以併發執行，但程序的獨立性讓程序之間很難實現資料共享，程序通訊，因此提出執行緒實體來代替程序
什麼是執行緒？
執行緒：程式碼在這個資源環境的一條執行流程
程序=執行緒+資源平臺
一個程序可以有多個執行緒
執行緒可以併發
相同的資源平臺，共享相同的地址空間
共享的資源：
管理方面的大部分 如ID優先順序
狀態儲存方面 程式碼，資料，堆等（一級資源，可以執行緒間共享，只有一份）
獨享資源：棧和邏輯暫存器，N個程序N份
程序與執行緒的比較
| 程序 | 執行緒 | |
|---|---|---|
| 執行緒出來之後 | 資源的分配單位 | CPU的排程單位 |
| 資源情況 | 擁有完整的資源平臺 | 共享一部分，獨享一部分 |
| 三種基本狀態 | 都有 | 都有 |
| 建立時間 | 長 | 短（通常快100倍） |
| 終止時間 | 長 | 短 |
| 切換時間 | 長 | 短（同一程序裡的執行緒切換） |
| 使用資源通訊開銷 | 經由核心，開銷多 | 不經由核心，開銷少 |
執行緒必須依附於程序，而且執行緒獨佔資源少，稱為輕量級的程序
執行緒實現
使用者執行緒：不依賴作業系統的核心，由一組執行緒庫函式完成執行緒的建立，終止，和管理
核心執行緒：由作業系統核心完成執行緒的建立，終止，和管理
程序通訊
程序關係
獨立與關聯
關聯需要通訊
低階通訊：程序之間只傳遞少量的控制資訊，一般來說只有一個位元組或者一個整形變數 ，訊號量與訊號
高階通訊：任意數量的資料
1. 共享記憶體：作業系統管理的
2.訊息傳遞
3.管道
程序排程
三個狀態
執行：佔有CPU
就緒：萬事俱備，只欠東風
阻塞：等待，等待輸入輸出操作，與其他程序存在同步等
執行到阻塞：正在執行時，需要輸入資料
就緒到執行：CPU排程
執行到就緒：CPU排程
阻塞到就緒：等待的事情完成了，條件成熟
程序死鎖
參考資料：諶衛軍 王浩娟《作業系統》