操作系统知识点梳理-进程线程

1.为什么需要有内核态？

为了保障系统的安全，一些可能会影响其他进程的指令，需要在核心态才能执行
为了管理系统资源

2.进程的定义

组成：程序段，数据段、PCB(进程实体/进程映像，用来描述进程的详细信息，是进程存在的唯一标志)

定义：进程是程序的一次执行过程/进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

组织方式：链接（分为多个队列：执行队列、就绪队列、阻塞队列）、索引（分为多个索引表，指针指向索引表，索引表的每条记录指向一个pcb）

特征：动态性、并发性、独立性（独立执行，分配调度资源的最小单位）、异步性（执行结果不确定）、结构性（pcb）

状态：创建态（分配内存以及其他系统资源、初始化pcb）->就绪态（等待cpu分配与调度）->执行态（在cpu上运行）->阻塞态（因某一事件暂时不能运行）->终止态（正常/异常结束、撤销pcb、回收系统资源）
转换：就绪态->运行态 （进程被调度）；运行->就绪（时间片用完/高优先级进程抢占处理机）；运行态->阻塞态（通过系统调用申请资源或者等待某事件的发生）；阻塞态->就绪态（申请资源分配、等待事件发生）

3.进程通信
一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间

共享存储：设立一块共享空间，对共享空间的访问互斥
基于数据结构的共享、基于存储区的共享

管道通信：连接读写进程的一个共享文件，又称pipe文件，一个固定大小的缓冲区，一般和操作系统的页的大小相同
半双工通信（单向传输，读写的两方固定），若想实现全双工通信则需要开辟2个管道。写满以后才能读数据，读完以后才能写数据。数据一旦被读出就会被抛弃，所以只能有一个读进程，不然会发生读错数据的情况。

消息传递：以格式化消息为单位（消息头+消息体），进行通过操作系统提供的读数据/写数据两个原语进行数据交换。
直接通信：创建消息体->通过发送原语挂到目标进程的消息缓冲队列的队尾；
间接通信：（信箱通信方式）：发送到中间实体（信箱），消息实体中的消息头包含发送方与接受方的信息。进程1通过发送原语将消息发送到信箱，接受方通过接收原语从信箱中取出消息。

4.线程

什么是线程，为什么要引用线程？
线程是程序执行的最小单位，轻量级进程
进程需要同时做很多事，比如视频，发文件等，引入线程来增加并发度

线程属性：
线程由线程ID+线程控制块TCB组成
多cpu计算机中，不同线程可占用不同cpu
同一进程下的线程共享进程的资源
同一进程下线程的切换不会引起进程环境的切换，线程切换开销很小

线程的实现方式
用户级线程

内核级线程

用户级线程+内核级线程

线程模型
多对1模型：优点：在用户空间即可完成切换，线程切换开销小，效率高；缺点：当用户级线程被阻塞后会阻塞进程。

1对1模型：优点：并发能力强，一个线程被阻塞，其他线程可以继续执行，可以在多处理机上执行；缺点：进程切换需要切换到内核态，成本开销大 。

多对多模型：克服了多对1模型并发度小的缺点，又克服了 1对1模型用户进程占用太多内核级线程开销大的缺点。