操作系统总结之进程

这学期学了门操作系统，看到大家上课后感觉很困难，所以想整理点东西帮助大家总结。

进程：a program in execution
从前：单进程
现在：多进程即通过CPU的多路复用使得同时执行多个进程。

进程分为用户进程和系统进程。
在进程之前，其实作业才是第一个被提出来的，用于批处理系统中。
批处理系统术语：提交作业。
分时系统术语：任务。
任务和作业都类似于进程。只是称呼不同罢了。

进程包括了许多东西，在内存中一个进程有文本段（放代码的地方）、数据（放全局变量）、堆（动态分配的数据，堆是向上伸展）、栈（局部变量、函数参数，栈是向下伸展的）。
进程和程序的区别：程序（exe）、进程是活动的即包含PC。当程序被load进memory时，就成了进程。
当多个进程与一个程序相关时，他们是单独的进程，共享文本段，栈、堆等各自独立。

进程在OS中状态想像成一张图，new、running、ready、waiting、terminate.

waiting状态是指进程要执行I/O，则被调入I/O设备的等待队列等待。

ready则是在内存中的就绪队列中。
但是记住一个处理器只能running一个进程，但是能有多个进程在等待和就绪队列中。

就绪队列听名字就很形象，不多说了。要说的是他在内存中。
每个device都有一个队设备列，链表存放。
进程在OS中以PCB方式存在。
再讲下PCB的结构，PCB很复杂，但是能够实现很多功能，不必全部死记硬背。
(0)pid

(1)进程状态。
(2)PC.指向下一个PCB。
(3)CPU寄存器。存放变量，堆栈指针。
(4)CPU调度信息。PCB的优先级，调度指针。
(5)内存管理信息：base&limit寄存器，页表段表。
(6)记账信息。用的时间，用了多少内存等等。
(7)I/O状态。对应I/O设备的状态。打开的文件。

multiprogramming通过一个程序接一个程序的执行，把最宝贵的CPU时间填满。
timesharing通过把一个CPU时间分成时间片，平均分给用户，与用户交互，使得用户感觉像一个人单独用机器.

linux 是以C的struct来实现PCB的。

进程进入CPU后可能会有4种情况：

1.I/O请求进入设备队列。

2.产生子进程而进入就绪队列。

3.发生中断被迫停止。

4.顺利执行完。

批处理系统中，进程被放入磁盘的缓冲池中，当需要被用到时，就导入内存，这个成为长期调度程序。可以控制多道程序的degree（你想哦，多道程序的特点是一次导入多个进程进入内存，目的是将CPU的时间塞满。）
从内存中选择进程导入CPU的程序称为短期调度程序，频繁执行。

进程分为：I/O为主（大多数PCB都是在设备队列中），CPU为主（大多数PCB用于执行计算）。长期调度需要选择合理的组合进内存。
UNIX/Windows没有长期调度程序。直接把进程放入内存，但是会出现灾难，所以引入了medium-term schedular。
分时系统中，引入了中期调度程序：可以将某些进程从内存中移出，到某时可以再导入，从中断处继续执行，这个也称为swapping。

上下文切换：就是PCB的保存与恢复。保存旧进程的PCB，并放入新进程。
如果是多组寄存器集合，则可以一些寄存器保存一个进程的状态，那么上下文切换可以简单地改变寄存器的指针即可。

进程树：一个进程在执行时能创建新的进程，新的进程又能再创建新的进程，形成了进程树。
pid用来标识每个进程。
子进程可以共享父进程的资源也可以从OS那拿资源。但是共享父进程资源能够限制资源的分配。
父进程与子进程可以并发执行也可以先执行子进程再执行父进程。

UNIX中
(1)fork()创建进程，子进程调用时返回0，父进程返回子进程的pid。
(2)exec()：执行。
(3)wait():父进程等待。
(4)exit()：退出。

进程执行exit ()后就终止了，并释放资源。

子进程终止后，pid要返回给父进程，父进程就知道哪个子进程结束了。父进程可以也通过系统调用终止子进程。

级联终止：父进程终止导致子进程被迫终止。

进程分为独立的和协作的。协作进程在后面进程同步时会提到。

进程通信IPC
1.共享内存。传输速度快，只在创建共享区域时使用系统调用，其余时刻都是正常的内存访问。

2.消息传递。用于交换较少数据。通过send和receive来发送和接受消息，这样就不必共享内存。
两者的数据格式都没有严格规定。

有限缓冲：缓冲的大小固定。

无限缓冲：缓冲的大小无限。

共享内存用于解决生产者消费者模型的问题，需循环队列缓冲，加入变量count可以解决缓冲项数只有BUFFER_SIZE-1的问题。
服务器代码：
while(true)
{
while((in+1)%BUFFER_SIZE==out);
buffer[in]=new;
in=(in+1)%BUFFER_SIZE;

}
客户端代码:
while(true)
{
while(in==out);
new=buffer[out];
out=(out+1)%BUFFER_SIZE;
}

消息传递，有OS提供，分布式环境中。
如果要使两个进程进行消息传递，必须要有通信线路。
直接通信：send和receive的参数直接说明接受者和发送者的对象名，只要调用函数，则自动创建链路，并且一个线路只能有两个进程。
间接通信：通过第三方(邮箱)为暂存。两个进程之间可以有多条线路（即多个邮箱）。一个邮箱可以有多个进程共享。邮箱挺像共享内存。
对于send和receive的执行方法(面对模棱两可时)，通过算法实现，没有特定要求。

邮箱的拥有者：

1.进程。则要确定拥有者和使用者。邮箱存在进程的地址空间中，当进程终止，则邮箱也终止。
2.OS。不属于特定进程。创建新邮箱的进程默认为邮箱的拥有者。

阻塞某功能：某功能一执行，就不能再执行该功能。
非阻塞某功能：相反。

消息传递缓冲队列：1.0容量。2.有限。3.无限。

/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

在定义通信的时候，有没有想过就算知道对象，但是是怎么确定线路，最后找到目标的呢。？
命名问题也比较重要。
1.broadcasting
2.forward pointer 多级搜索
3.home-based approach
(1)one-tiered scheme:每次查找都通过home的集中营去找
(2)two-tiered scheme:先在本地找，如果找不到，则在home中找。
4.distributed hash tables:chord system . 用环状的hash表。但是不能保证原有的物理位置。
name resolution：根据name 找到address。
Name linking：hard link或者soft link。
namespace的实现：hierarchy

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来讲客户服务器模型的另外3种通信方法。

1.socket。socket是成对出现的。一个socket是ip地址+端口号组成。服务器始终监听各个端口号，当客户发出请求时，他会与服务器监听的端口号相匹配进行通信。但是Socket只允许交换的是无结构的字节流。RMI就可以通过实现序列化
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java提供了Socket类

Socket类实现TCPsocket；DatagramSocket类实现UDPsocket；
socket还可以多播发送。

import java.net.*;
import java.io.*;

public class DataServer
{
public static void main(String[]args)
{
try{
ServerSocket sock=new ServerSocket(6013);
while(true)
{
Socket client=sock.accept();
PrintWriter pout=new PrintWriter(client.getOutputStream(),true);
pout.println(new java.util.Data.toString());
client.close();
}
}
catch(Exception e)
{
System.err.println(e);
}
}
}

PrintWriter能够使服务器能直接利用println发送给客户。

import java.net.*;
import java.io.*;
public class DataClient
{
public static void main(String[]args)
{
try
{
sock=new Socket("127.0.0.1",6013);
inputStream in=sock.getInputStream();
BufferReader bin=new BufferReader(new InputStreamReader(in));
String line;
while((line=bin.readLine())!=NULL)
{
System.out.println(line);
}
sock.close();
}
catch(Exception e)
{
System.err.println(e);
}
}
}

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2.RPC
数据有很好的结构。客户发出要执行的函数，在服务器端执行完后，把结果返回给客户。
RPC的目的是为了让客户调用服务器像调用本地一样。
存根只是一个接口。
XDR（外部数据表示):用来统一客户端和服务器的数据表示形式。
必须确保RPC数据传送的唯一性。即只能传一次（ack解决）
对于绑定服务与客户，有两种方法：第一种是端口固定。第二种是通过集合点来绑定（先访问集合点请求端口号，再等待返回端口号）。
3.RMI java中的RPC
如果对象位于不同的JVM，则称为远程。因此可以在一台机器开多个JVM进行模拟通信，打开一个命令行就说明打开一个JVM。

客户端保留存根（远程方法的接口），本地参数可以是任何继承了java.io.serializable的接口类。注意，远程对象都要继承remote类，每个远程方法要throws remoteException。只有远程方法才能引用。
RMI VS RPC
1.RMI的数据结构是对象，调用远程的对象方法。RPC支持子程序编程。
2.RMI的参数是对象，RPC是普通的数据结构。

RMI采用存根（在客户机）和骨干（服务器）。其实骨干就是存根。