4 任務(wù)管理與調(diào)度

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1、任務(wù)的管理與調(diào)度一、進(jìn)程和線(xiàn)程這一節(jié)我們要解決三個(gè)問(wèn)題：什么是進(jìn)程？什么是線(xiàn)程？進(jìn)程和線(xiàn)程之間的區(qū)別？1、進(jìn)程的定義提問(wèn)：什么是進(jìn)程，什么是程序，進(jìn)程和程序之間的區(qū)別？程序是存放在磁盤(pán)上的一系列代碼和數(shù)據(jù)的可執(zhí)行映像，是一個(gè)靜止的實(shí)體。也就是說(shuō)存儲(chǔ)到文件系統(tǒng)中的一個(gè)文件。進(jìn)程：正在執(zhí)行的一個(gè)文件，是動(dòng)態(tài)的。程序是靜止的，程序是動(dòng)態(tài)的。2、進(jìn)程四要素我們學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)的時(shí)候，有的同學(xué)學(xué)過(guò)操作系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)程有一定的了解，有沒(méi)有學(xué)過(guò)操作系統(tǒng)？操作系統(tǒng)原理當(dāng)中描述的進(jìn)程是什么？進(jìn)程是資源分配的最小單位，線(xiàn)程是調(diào)度的基本單位，這是很抽象的

2、，操作系統(tǒng)中很多概念都是很抽象的。那么怎么去衡量，到底什么是進(jìn)程，實(shí)際上在linux操作系統(tǒng)當(dāng)中，我得到進(jìn)程的四要素，我們從內(nèi)核情景分析摘錄出來(lái)，很經(jīng)典，講怎么衡量一個(gè)進(jìn)程。第一、作為一個(gè)進(jìn)程，要有一段程序供其執(zhí)行。這段程序不一定是某個(gè)進(jìn)程所專(zhuān)有，可以與其他進(jìn)程公用。這是最基本的條件。第二、有進(jìn)程專(zhuān)用的內(nèi)核空間堆棧。程序在執(zhí)行的過(guò)程當(dāng)中都需要有堆棧的。在參數(shù)傳遞的時(shí)候要用到堆棧，局部變量分配的時(shí)候要用到堆棧，用戶(hù)空間用到用戶(hù)空間堆棧，進(jìn)程在內(nèi)核空間運(yùn)行的時(shí)候要有內(nèi)核空間堆棧，因此要有內(nèi)核空間堆棧。第三、在內(nèi)核中有一個(gè)task

3、_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即通常所說(shuō)的“進(jìn)程控制塊”。有沒(méi)有同學(xué)聽(tīng)說(shuō)過(guò)PCB？進(jìn)程控制塊有什么作用？保存進(jìn)程的狀態(tài)以及調(diào)度信息，這是操作系統(tǒng)原理所提出來(lái)的PCB這樣的概念，在Linux系統(tǒng)當(dāng)中，PCB這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際上對(duì)應(yīng)了task_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)task_struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就充當(dāng)了PCB，保存了進(jìn)程狀態(tài)信息，要想成為一個(gè)進(jìn)程，還有PCB。有了這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，進(jìn)程才能夠成為內(nèi)核調(diào)度的基本單位接收內(nèi)核的調(diào)度。第四、有獨(dú)立的用戶(hù)空間，非常關(guān)鍵。如果有獨(dú)立的用戶(hù)空間，則肯定是進(jìn)程；如果不滿(mǎn)足，還要看，如果沒(méi)有獨(dú)立的用

4、戶(hù)空間，但是還有用戶(hù)空間，那分為兩種：一種是完全沒(méi)有用戶(hù)空間，一種是和別人共享的用戶(hù)空間。如果完全沒(méi)有用戶(hù)控件，就是內(nèi)核線(xiàn)程；如果有共享的用戶(hù)空間，就是用戶(hù)線(xiàn)程。在Linux系統(tǒng)當(dāng)中存在：進(jìn)程，用戶(hù)線(xiàn)程，內(nèi)核線(xiàn)程這三個(gè)概念，你以后經(jīng)常會(huì)遇到這三個(gè)概念，怎么去區(qū)分它們？?jī)H僅這兩個(gè)條件就可以區(qū)分。你以后去面試，面試操作系統(tǒng)相關(guān)的開(kāi)發(fā)，尤其是嵌入式開(kāi)發(fā)，經(jīng)常會(huì)問(wèn)到進(jìn)程和線(xiàn)程的區(qū)別，怎么回答這個(gè)問(wèn)題？首先，說(shuō)一下操作系統(tǒng)原理中怎么說(shuō)進(jìn)程和線(xiàn)程，進(jìn)程是資源分配的最小單位，線(xiàn)程是調(diào)度的最小單位；第二，在Linux系統(tǒng)當(dāng)中怎么去劃分的，把

5、這個(gè)圖給他畫(huà)出來(lái)，非常清晰。如果說(shuō)你把這個(gè)圖畫(huà)出來(lái)，那對(duì)這個(gè)內(nèi)核真正的理解，不是說(shuō)僅僅是看過(guò)幾頁(yè)書(shū)而已。要背下來(lái)的。3、線(xiàn)程的引入很多同學(xué)沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)操作系統(tǒng)，對(duì)線(xiàn)程及相應(yīng)的概念并不是很清楚。線(xiàn)程技術(shù)在上個(gè)世紀(jì)60年代被提出來(lái)的。提問(wèn)：為什么有了進(jìn)程，還要引入線(xiàn)程？使用線(xiàn)程究竟有哪些好處？第一，線(xiàn)程非?！肮?jié)儉”。創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，代碼段和父進(jìn)程是共享的，數(shù)據(jù)段是共享的么？要拷貝，需要重新建立的，堆棧是共享的么？也不是，也是需要重新建立的。如果我們使用線(xiàn)程呢，所有這些都是共享的，這樣，就少了很多額外的工作，這就是節(jié)儉的一個(gè)表現(xiàn)之一

6、。第二，有多個(gè)線(xiàn)程，同屬于同一個(gè)進(jìn)程的，使用同樣的數(shù)據(jù)段，還需要管道，消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)兩個(gè)進(jìn)程間的通信么？不需要，只需要簡(jiǎn)單定義一個(gè)變量，比如說(shuō)定義一個(gè)全局變量，屬于進(jìn)程的數(shù)據(jù)段，可以讓屬于這個(gè)進(jìn)程的所有線(xiàn)程都可以看到這個(gè)變量，這可以使線(xiàn)程的通信變得簡(jiǎn)單。優(yōu)點(diǎn)：多線(xiàn)程程序作為一種多任務(wù)、并發(fā)執(zhí)行與多進(jìn)程具備同樣的優(yōu)點(diǎn)。引入線(xiàn)程的概念后，可以把進(jìn)程和線(xiàn)程的使用分為以下幾種模型：?jiǎn)芜M(jìn)程/單線(xiàn)程模型（如MS-DOS）：整個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)進(jìn)程、一個(gè)線(xiàn)程。單進(jìn)程/多線(xiàn)程模型：在單進(jìn)程/多線(xiàn)程模型中，整個(gè)系統(tǒng)有一個(gè)進(jìn)程、多個(gè)線(xiàn)程多進(jìn)程/單線(xiàn)程

7、模型（如傳統(tǒng)的UNIX）：在多進(jìn)程/單線(xiàn)程模型中，整個(gè)系統(tǒng)有多個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程只有一個(gè)線(xiàn)程多進(jìn)程/多線(xiàn)程模型（如WindowsNT、Solaris、Mach等）：在多進(jìn)程/多線(xiàn)程模型中，系統(tǒng)有多個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程又可包含多個(gè)線(xiàn)程大多數(shù)實(shí)時(shí)內(nèi)核都把整個(gè)應(yīng)用當(dāng)做一個(gè)沒(méi)有定義的進(jìn)程來(lái)對(duì)待，應(yīng)用則被劃分為多個(gè)任務(wù)的形式來(lái)進(jìn)行處理，即單進(jìn)程/多線(xiàn)程模型，簡(jiǎn)稱(chēng)任務(wù)模型。二、任務(wù)1、任務(wù)的定義：任務(wù)是一個(gè)具有獨(dú)立功能的無(wú)限循環(huán)的程序段的一次運(yùn)行活動(dòng)，是實(shí)時(shí)內(nèi)核調(diào)度的單位。2、任務(wù)的特性：動(dòng)態(tài)性：任務(wù)狀態(tài)是不斷變化的。任務(wù)狀態(tài)一般分為就緒態(tài)、

8、運(yùn)行態(tài)和等待態(tài)。在多任務(wù)系統(tǒng)中，任務(wù)的狀態(tài)將隨著系統(tǒng)的需要不斷進(jìn)行變化。并行性：系統(tǒng)中同時(shí)存在多個(gè)任務(wù)，這些任務(wù)在宏觀上是同時(shí)運(yùn)行的。異步獨(dú)立性：每個(gè)任務(wù)各自按照相互獨(dú)立的不可預(yù)知的速度運(yùn)行，走走停停3、任務(wù)的內(nèi)容①任務(wù)包含：代碼：一段可執(zhí)行的程序。數(shù)據(jù)：程序所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)(變量、工作空