12.1 进程切换慕课视频播放-操作系统-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

下面我们来介绍进程控制

在进程控制当中呢

我们会涉及这样几个问题

一个是在内核当中的进程切换

也就是说我一个进程

在运行过程当中

内核如何来实现它从一个进程

到另一个进程的切换

后面的三个呢

实际上为用户提供的系统调用服务

那是用户在执行它的应用的过程当中

它有需求要创建一个新的进程

好在这里头呢

我如何来创建一个新的进程

在这里头运行一个新的程序

那这个是进程加载

父进程创建子进程之后

它们俩之间呢

需要有一些协调的关系

你比如说子进程结束之后

父进程负责回收它所占用的资源

那这个时候

它们之间有一个通讯关系

这就是进程的等待和退出

下面我们一个一个的来

首先是进程切换

进程切换呢

有时候也称之为叫上下文切换

它是暂停当前运行进程

把这个进程呢

从运行状态变成其它状态

这里所谓的其它状态呢

可能会是由于进行IO操作

或者等待事件而进入等待状态

也可能是由于被抢先

又或者说时间片运行完

那转回到就绪状态

另一个是说

我把当前的进程停下来之后

那我会调度另一个进程

让它从就绪状态变成运行状态

也就是说我从就绪队列里

找一个新的进程然后恢复

并且让它继续运行

这是进程切换所要做的事情

好那具体说起来

有一些切换的时候

我们有一些什么要求呢

那在切换之前

需要去保存进程的上下文

也就是说

你下一个进程在执行过程当中

需要用到这些CPU的寄存器

状态寄存器

好那这些呢你需要先做保存

好切换到下一个进程运行的时候

在切换过来之后

下一个进程开始执行之前

我还要继续把它上一次

暂停时候的当时的

寄存器的状态恢复回来

好恢复回来之后

那它才能够从

上一次暂停的位置继续往下执行

还有一个要求是说

由于我们现在计算机系统里

进程的切换是非常频繁的

通常情况下是10毫秒左右

就会有一次进程切换

那这样以来的话

为了保证系统运行的效率

这个切换的速度必须非常快

所以通常情况下

它都是由汇编来实现的

那具体说起来我们在这里

要保存一些什么样的信息呢

实际上保存就是进程在整个

生命周期当中它所维护的信息

大致说起来呢

包括这样几个方面

寄存器

那我们在CPU里头通用寄存器

好CPU里头状态信息

然后就内存地址空间里的信息

那你说通常情况下我们

在切换的时候

内存里头的这些信息

是不会被另外一个进程

因为它各占一段区域

是不会被另一个进程所替代的

所以在这里头呢

那内存里的地址

空间内容大部分不用保存

下面我们通过一个图式

来说明进程的切换过程

那在这里头呢

我们假定系统当中有

P0和P1两个进程

它们的执行过程当中呢

先是P0处于用户态执行

那执行过程当中

P1处于空闲状态

那可能会是就绪

也可能会是等待

好那在这里头呢

执行的过程当中

碰着一个系统调用

或者是中断

假定我们这是时钟中断

那它的时间片用完了

到这儿来之后切换到内核

那切换过程当中

它需要保护现场到PCB0

也就进程零的进程控制块里头

把它的当时执行到状态

都保存下来

保存下来之后那这时候说

如果说时钟中断

时间片用完

那这时候我们需要选择

下一个就绪进程

假定这时候

你选择下一个进程是P1

好那到P1需要恢复P1现场

恢复完之后

那这时候呢

状态就已经切到进程P1了

好那这时候P1开始运行

继续运行

好运行到一段时间之后呢

假定说它的时间片又用完了

这时候又产生时钟中断

时钟中断又切回到内核状态

好那这时候它要保存

进程P1的现场

到它对应的进程控制块PCB1

好那在这里头我们假定你又决策

我需要选下一个进程

这时候又选P0

那这时候恢复P0的现场

那这时候从PCB0里头

这两个是对应的

PCB0里头恢复现场

好恢复进程状态之后

它切到进程0

然后继续执行

到这个地方呢

我们一个从进程零切换过去

再切换回来一个完整的过程

就在这儿展现出来了

跟它相关的呢

执行正常执行

然后这个地方呢

是保存现场到PCB0

从PCB0里恢复现场

好中间是PCB1

这边恢复执行到保存

那从这一过程来讲

它是比较清楚了

那这时候我们要在PCB里

记住一些什么信息了

记录进程的运行状态

好那状态呢是放这里头

然后我们把状态呢

它相同的状态

我放到一个队列里头

这时候维护出若干个队列

比如说就绪队列

它有一个起头

然后相应的进程串在一起

那可以用各种各样的办法

来形成这样一个队列

好如果是等待呢

我们就会把它分成

若干种不同类型的等待

比如说在这里头每个设备

等待的设备不同

那它有各自一个队列

比如这里列出来的

磁带01和磁盘0

好然后还有一类呢

就是处于这个

运行到退出的状态的

这时候它的收尾状态

这时候僵尸队列那它对应的

在这里头那处于这样一种状态

这是进程块里头

保存信息和它们如何来组织

好那实际上接下来

我们是说到底会有

一些什么样信息保存到

进程控制块里头呢

那不同的系统里

进程控制块呢是不一样的

比如说在我们 ucore和ucore plus里头

有一个数据结构叫PROC STRUCT

好在这个数据结构里头呢

它保存了进程的相关信息

大致的信息

我们可以把它分成这样几类

一类是进程的标识信息

比如说它的执行

是哪一个可执行文件

它的ID是多少

它的进程ID

好然后它的父进程是谁

好这是一类

然后再一类是进程的状态信息

比如说我们在这里头CPU里头

状态寄存器的相关信息

然后地址空间的起头的位置

第一级页表的起始地址在哪

然后进程的状态和它

是否允许调度等这样一些

执行状态的信息

还有一类呢是进程所占用的资源

比如说它占用的存储资源

那所有分配给

它存储那组织成

操作系统课程列表：

第零讲在线教学环境准备

-0.1 Piazza讨论区

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-0.2 在线实验平台

-0.2在线实验平台

第一讲操作系统概述

-1.1 课程概述

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-第一讲操作系统概述--练习

-1.2 教学安排

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-1.3 什么是操作系统

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-1.4 为什么学习操作系统，如何学习操作系统

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-1.5 操作系统实例

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-1.6 操作系统的演变

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-1.7 操作系统结构

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第二讲实验零操作系统实验环境准备

-2.1 前言和国内外现状

-2.2 OS实验目标

-2.3 8个OS实验概述

-2.4 实验环境搭建

-2.5 x86-32硬件介绍

-2.6 ucore部分编程技巧

-2.7 演示实验操作过程

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--Q7

--Q10

第三讲启动、中断、异常和系统调用

-3.1 BIOS

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-3.2 系统启动流程

--3.2 系统启动流程

-3.3 中断、异常和系统调用比较

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-第三讲启动、中断、异常和系统调用--3.3 中断、异常和系统调用比较

-3.4 系统调用

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-第三讲启动、中断、异常和系统调用--3.4 系统调用

-3.5 系统调用示例

--3.5 系统调用示例

-3.6 ucore+系统调用代码

--3.6 ucore+系统调用代码

第四讲实验一 bootloader启动ucore os

-4.1 启动顺序

-4.2 C函数调用的实现

-4.3 GCC内联汇编

-4.4 x86中断处理过程

-4.5 练习一

-4.6 练习二

-4.7 练习三

-4.8 练习四练习五

-4.9 练习六

第五讲物理内存管理: 连续内存分配

-5.1 计算机体系结构和内存层次

-5.2 地址空间和地址生成

-5.3 连续内存分配

-5.4 碎片整理

-5.5 伙伴系统

-第五讲物理内存管理: 连续内存分配--5.6 练习

第六讲物理内存管理: 非连续内存分配

-6.1 非连续内存分配的需求背景

-6.2 段式存储管理

-6.3 页式存储管理

-6.4 页表概述

-6.5 快表和多级页表

-6.6 反置页表

-6.7 段页式存储管理

-第六讲物理内存管理: 非连续内存分配--6.8 练习

第七讲实验二物理内存管理

-7.1 了解x86保护模式中的特权级

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-第七讲实验二物理内存管理--7.1 了解x86保护模式中的特权级

-7.2 了解特权级切换过程

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-第七讲实验二物理内存管理--7.2 了解特权级切换过程

-7.3 了解段/页表

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-第七讲实验二物理内存管理--7.3 了解段/页表

-7.4 了解UCORE建立段/页表

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-第七讲实验二物理内存管理--7.4 了解UCORE建立段/页表

-7.5 演示lab2实验环节

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第八讲虚拟存储概念

-8.1 虚拟存储的需求背景

-8.2 覆盖和交换

-8.3 局部性原理

-8.4 虚拟存储概念

-8.5 虚拟页式存储

-8.6 缺页异常

第九讲页面置换算法

-9.1 页面置换算法的概念

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-9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法

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-第九讲页面置换算法--9.2 最优算法、先进先出算法和最近最久未使用算法

-9.3 时钟置换算法和最不常用算法

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-第九讲页面置换算法--9.3 时钟置换算法和最不常用算法

-9.4 Belady现象和局部置换算法比较

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-9.5 工作集置换算法

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-第九讲页面置换算法--9.5 工作集置换算法

-9.6 缺页率置换算法

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-第九讲页面置换算法--9.6 缺页率置换算法

-9.7 抖动和负载控制

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第十讲实验三虚拟内存管理

-10.1 实验目标：虚存管理

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-第十讲实验三虚拟内存管理--10.1 实验目标：虚存管理

-10.2 回顾历史和了解当下

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-第十讲实验三虚拟内存管理--10.2 回顾历史和了解当下

-10.3 处理流程、关键数据结构和功能

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-第十讲实验三虚拟内存管理--10.3 处理流程、关键数据结构和功能

-10.4 页访问异常

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-第十讲实验三虚拟内存管理--10.4 页访问异常

-10.5 页换入换出机制

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-第十讲实验三虚拟内存管理--10.5 页换入换出机制

第十一讲进程和线程

-11.1 进程的概念

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-第十一讲进程和线程--11.1 进程的概念

-11.2 进程控制块

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-第十一讲进程和线程--11.2 进程控制块

-11.3 进程状态

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-11.4 三状态进程模型

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-11.5 挂起进程模型

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-11.6 线程的概念

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-11.7 用户线程

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-11.8 内核线程

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第十二讲进程控制

-12.1 进程切换

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-12.2 进程创建

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-12.3 进程加载

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-12.4 进程等待与退出

--12.4 进程等待与退出

-第十二讲进程控制--12.4 进程等待与退出

第十三讲实验四内核线程管理

-13.1 总体介绍

-13.2 关键数据结构

-13.3 执行流程

-13.4 实际操作

第十四讲实验五用户进程管理

-14.1 总体介绍

--14.1 总体介绍

-14.2 进程的内存布局

--14.2 进程的内存布局

-14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现

--14.3 执行ELF格式的二进制代码-do_execve的实现

-14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现

--14.4 执行ELF格式的二进制代码-load_icode的实现

-14.5 进程复制

--14.5 进程复制

-14.6 内存管理的copy-on-write机制

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第十五讲处理机调度

-15.1 处理机调度概念

--15.1 处理机调度概念

-第十五讲处理机调度--15.1 处理机调度概念

-15.2 调度准则

--15.2 调度准则

-15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

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-第十五讲处理机调度--15.3 先来先服务、短进程优先和最高响应比优先调度算法

-15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架

--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和ucore调度框架

-第十五讲处理机调度--15.4 时间片轮转、多级反馈队列、公平共享调度算法和uc

-15.5 实时调度和多处理器调度

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-第十五讲处理机调度--15.5 实时调度和多处理器调度

-15.6 优先级反置

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-第十五讲处理机调度--15.6 优先级反置

第十六讲实验六调度器

-16.1 总体介绍和调度过程

-16.2 调度算法支撑框架

-16.3 时间片轮转调度算法

-16.4 Stride调度算法

第十七讲同步互斥

-17.1 背景

--17.1 背景

-17.2 现实生活中的同步问题

--17.2 现实生活中的同步问题

-第十七讲同步互斥--17.2 现实生活中的同步问题

-17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

--17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

-第十七讲同步互斥--17.3 临界区和禁用硬件中断同步方法

-17.4 基于软件的同步方法

--17.4 基于软件的同步方法

-第十七讲同步互斥--17.4 基于软件的同步方法

-17.5 高级抽象的同步方法

--17.5 高级抽象的同步方法

-第十七讲同步互斥--17.5 高级抽象的同步方法

第十八讲信号量与管程

-18.1 信号量

--18.1 信号量

-第十八讲信号量与管程--18.1 信号量

-18.2 信号量使用

--18.2 信号量使用

-第十八讲信号量与管程--18.2 信号量使用

-18.3 管程

--18.3 管程

-第十八讲信号量与管程--18.3 管程

-18.4 哲学家就餐问题

--18.4 哲学家就餐问题

-18.5 读者-写者问题

--18.5 读者-写者问题

第十九讲实验七同步互斥

-19.1 总体介绍

--19.1 总体介绍

-19.2 底层支撑

--19.2 底层支撑

-第十九讲实验七同步互斥--19.2 底层支撑

-19.3 信号量设计实现

--19.3 信号量设计实现

-第十九讲实验七同步互斥--19.3 信号量设计实现

-19.4 管程和条件变量设计实现

--19.4 管程和条件变量设计实现

-第十九讲实验七同步互斥--19.4 管程和条件变量设计实现

-19.5 哲学家就餐问题

--19.5 哲学家就餐问题

第二十讲死锁和进程通信

-20.1 死锁概念

--20.1 死锁概念

-第二十讲死锁和进程通信--20.1 死锁概念

-20.2 死锁处理方法

--20.2 死锁处理方法

-第二十讲死锁和进程通信--20.2 死锁处理方法

-20.3 银行家算法

--20.3 银行家算法

-第二十讲死锁和进程通信--20.3 银行家算法

-20.4 死锁检测

--20.4 死锁检测

-第二十讲死锁和进程通信--20.4 死锁检测

-20.5 进程通信概念

--20.5 进程通信概念

-第二十讲死锁和进程通信--20.5 进程通信概念

-20.6 信号和管道

--20.6 信号和管道

-第二十讲死锁和进程通信--20.6 信号和管道

-20.7 消息队列和共享内存

--20.7 消息队列和共享内存

-第二十讲死锁和进程通信--20.7 消息队列和共享内存

第二十一讲文件系统

-21.1 文件系统和文件

--21.1 文件系统和文件

-第二十一讲文件系统--21.1 文件系统和文件

-21.2 文件描述符

--21.2 文件描述符

-第二十一讲文件系统--21.2 文件描述符

-21.3 目录、文件别名和文件系统种类

--21.3 目录、文件别名和文件系统种类

-第二十一讲文件系统--21.3 目录、文件别名和文件系统种类

-21.4 虚拟文件系统

--21.4 虚拟文件系统

-第二十一讲文件系统--21.4 虚拟文件系统

-21.5 文件缓存和打开文件

--21.5 文件缓存和打开文件

-第二十一讲文件系统--21.5 文件缓存和打开文件

-21.6 文件分配

--21.6 文件分配

-第二十一讲文件系统--21.6 文件分配

-21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

-第二十一讲文件系统--21.7 空闲空间管理和冗余磁盘阵列RAID

第二十二讲实验八文件系统

-22.1 总体介绍

--22.1 总体介绍

-第二十二讲实验八文件系统--22.1 总体介绍

-22.2 ucore 文件系统架构

--22.2 ucore 文件系统架构

-第二十二讲实验八文件系统--22.2 ucore 文件系统架构

-22.3 Simple File System分析

--22.3 Simple File System分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.3 Simple File System分析

-22.4 Virtual File System分析

--22.4 Virtual File System分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.4 Virtual File System分

-22.5 I/O设备接口分析

--22.5 I/O设备接口分析

-第二十二讲实验八文件系统--22.5 I/O设备接口分析

-22.6 执行流程分析

--22.6 执行流程分析

第二十三讲 I/O子系统

-23.1 I/O特点

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-第二十三讲 I/O子系统--23.1 I/O特点

-23.2 I/O结构

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-第二十三讲 I/O子系统--23.2 I/O结构

-23.3 I/O数据传输

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-第二十三讲 I/O子系统--23.3 I/O数据传输

-23.4 磁盘调度

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-第二十三讲 I/O子系统--23.4 磁盘调度

-23.5 磁盘缓存

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-第二十三讲 I/O子系统--23.5 磁盘缓存

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