程序與執行緒

程序模型

計算機上所有可執行的軟體，通常也包括作業系統，被組織成若干順序程序，簡稱程序。乙個程序就是乙個正在執行程式的例項。包括程式計數器、計數器和當前變數的值。

cpu在程序之間快速來回切換被稱作是多道程式設計。

程序的建立

四種事件會導致程序的建立

1.系統初始化

2.正在執行的程式執行了建立程序的系統呼叫。

3.使用者建立乙個新程序。

4.乙個批處理作業的初始化。

守護程序：停留在後台處理諸如電子郵件、web頁面、新聞、列印之類活動的程序成為守護程序。

在unix和windows中，程序建立之後，父程序和子程序有各自不同的位址空間

程序的終止

1.正常退出（自願的）

2.出錯退出（自願的）

3.嚴重錯誤（非自願）

4.被其它程序殺死（非自願）

程序的結構層次

unix：樹

windows: 沒有程序層次概念，所有的程序層次相同，唯一類似的是，建立子程序的時候，父程序得到乙個特別的令牌（控制代碼），可以用來控制子程序，但它有權把控制代碼傳給其它程序，這樣就不存在程序層次，unix中則不能剝

奪子程序的繼承權。

程序的狀態

程序的實現：

作業系統維護這一張**（乙個結構陣列），即程序表。乙個程序占用乙個程序表項（程序控制塊），該表項中包含了程序狀態的重要資訊，程式計數器，堆疊指標，記憶體分配狀態，所開啟檔案的狀態，賬號和排程資訊等等。

執行緒

為什麼需要多執行緒

執行緒其實就是迷你程序，需要多執行緒的理由是一些程序中進行著許多活動，分解成執行緒的話會簡單很多，

還有個原因是，執行緒比程序更輕量級，建立和撤銷都比程序容易，建立乙個執行緒較建立乙個程序要快10到100倍，在有大量程序需要動態和快速修改時，這一特性很有用。

3.效能。存在大量計算和大量io處理會加快。

4.多cpu系統中，真正的並行有了實現的可能。

由於執行緒擁有程序的某些性質，有時也被稱為輕量級程序。

ieee標準3.1c中定義了執行緒的標準，定義了執行緒包pthread

在使用者空間實現執行緒

在使用者空間管理執行緒，每個程序需要有其專用的執行緒表，用來跟蹤該程序中的執行緒。

在核心空間實現執行緒

此時不需要執行時系統，每個程序中也沒有執行緒表。

彈出式執行緒

乙個訊息的到來導致系統建立乙個處理該訊息的執行緒，這種執行緒稱為彈出式執行緒。

程序間通訊

臨界區把共享記憶體進行訪問的程式片段稱作臨界區域或臨界區。

忙等待的互斥實現：1.遮蔽中斷 2.鎖變數 3.嚴格輪換法4.pesterson解法 5.tsl指令

睡眠與喚醒

生產者-消費者問題（有界緩衝區問題）

訊號量

使用乙個整型變數來累計喚醒次數，供以後使用，通過兩種操作，down和up，訊號量減為0則睡眠。

互斥量

不需要訊號量的計數能力，就可以用它的簡化版本，稱為互斥量，僅適用於管理共享資源或一小段**，在實現洪湖空間執行緒包的時候非常有用。

它處於兩態之一：解鎖和加鎖。只需乙個二進位制位來表示。

快速使用者區互斥量futex：包含兩個部分，核心服務和乙個使用者庫。

pthread中的互斥量：使用乙個可以被鎖定和解鎖的互斥量來保護每個臨界區。

管程

一種高階同步原語。

特性：任一時刻管程中只能有乙個活躍程序。

條件變數：wait signal

訊息傳遞

使用兩條原語：send 和 receive ，像訊號量，是系統呼叫而不是語言。庫例程:

send(destination,&message);

receive(source,&message);

(感覺像tcp中的ack)

屏障

當乙個京城到達屏障時，被屏障所攔截，知道所有程序都到達該屏障為止，屏障可用於一組程序同步。

排程

何時排程？

1.建立新程序時，父子程序選擇執行誰

2.程序退出

3.程序阻塞

4.i/o中斷

排程演算法分類：

1.批處理

2.互動式

3.實時。

批處理系統中的排程：

1、先來先服務 2、最短作業優先 3、最短時間優先

互動式系統中的排程；

1、輪轉排程（時間片、程序切換、上下文切換等）2、優先順序排程3、多級佇列 4、最短程序優先（最短響應時間）5、保證排程（向使用者做出效能保證，然後實現這個保證）

6、彩票排程（在保證排程的基礎上，隨機抽出乙個來執行，就買彩票一樣）7、公平分享排程

實時系統中的排程　　

實時系統：硬實時：絕對的截止時間

軟實時：可容忍的截止時間

策略和機制：將排程機制與排程策略分離。

經典ipc問題：哲學家就餐同步問題。

程序與執行緒

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