教育培训类网站设计,wordpress下载页插件下载地址,彩票网站里的统计怎么做,1元二手已备案域名操作系统 1.什么是操作系统#xff1f;2.并发与并行#xff1f;3.同步与异步#xff1f;4.阻塞和非阻塞#xff1f;5.什么是进程#xff1f;6.什么是线程#xff1f;7.进程与线程的区别#xff1f;8.进程地址空间#xff1f;9.进程常见状态#xff1f;10.进程间通信2.并发与并行3.同步与异步4.阻塞和非阻塞5.什么是进程6.什么是线程7.进程与线程的区别8.进程地址空间9.进程常见状态10.进程间通信11.线程间通信12.线程切换需要保存哪些上下文 1.什么是操作系统
负责管理和协调计算机硬件资源为应用程序提供环境和服务的组件。 包括资源管理、进程管理、文件管理、用户界面、错误检测和恢复。
2.并发与并行
并发(Concurency)是指系统能够处理多个任务的能力这并不意味着这些任务一定会同时进行。并发的任务可能会交错进行因此并发可以在单核CPU上实现。这是因为CPU可以通过时间片轮转或其他任务切换策略在各个任务之间快速切换给人以它们在同时进行的错觉。一个简单的例子就是我们的操作系统它可以在运行大量应用程序(如我们的浏览器文档编辑器音乐播放器等)同时保持系统稳定和响应尽管实际上那些进程并不总是“同时“运行。
并行(Paralelism)则是指系统同时执行多个任务的能力。并行显然需要硬件的支持如多核或多处理器。在这种情况下多个任务确实可以在同一时间内进行。例如现代的多核CPU可以让我们在看电影的同时进行视频编码每一个任务在不同的处理器核心上执行这就是并行。
整体而言如果你有两个线程在单核心的CPU上那么可能会通过交错执行达到并发。如果你的电脑有多个核心或处理器你就可以在多个核心或处理器上同时执行多个线程达到并行。
3.同步与异步
它们主要涉及到程序的运行方式和时间管理。 1.同步(Synchronous)操作是在一个操作完成之前不进行下一个操作。这是一种阻塞调用也就是说进行某项操作的过程中不得不停下来等待直到这个操作完成。例如当你在核对大批量的数据时你需要等待所有数据都加载完毕才能继续进行下一项操作这就是同步。
2.异步(Asynchronous)操作是不需要立刻得到结果即使未完成也可进行其它操作。这是一种非阻塞调用也就是说还没得到结果就继续做别的事情不会因为单一操作的等待而阻塞例如你去网上订一张火车票由干网站照名器繁忙订票需要-些时间但是你不会就一直盯着屏幕等而是可以一边浏览新闻或者查看其他信息一边等待订票结果这就是异步操作。
4.阻塞和非阻塞
阻塞是指任务在等待某个操作完成时暂停自己的执行并等待操作完成后再继续执行。在阻塞状态下任务会一直等待直到所需的资源或结果就绪。在此期间任务不能执行其他操作。例如当一个线程调用阻塞式IO操作时它会被挂起直到IO操作完成后才能继续执行。
非阻塞是指任务在等待某个操作完成时不会暂停自己的执行而是立即返回继续执行其他任务。非阻塞的任务会周期性地查询所需资源或结果的状态判断是否就绪从而决定是否继续执行。例如在进行非阻塞式IO操作时任务会立即返回并周期性地检查IO操作的状态直到IO完成后再处理结果
5.什么是进程
正在执行的程序实例拥有独立的内存空间和系统资源每个进程都有自己的指令序列、数据和执行环境。 进程创建是通过操作系统调度和管理当程序被执行操作系统系统会为其创建一个独立的进程。其主要特征包括 独立性内存空间和系统资源是独立的 执行状态运行、就绪、阻塞等不同状态根据进程调度算法决定执行顺序 上下文切换操作系统需要在不同的进程直接进行切换进程可以通过上下文切换保存和恢复执行环境 通信与同步可以通过进程间通信实现信息交互和共享可以通过同步机制实现协调与合作。
6.什么是线程
线程是进程的一部分是进程的一个执行单元线程更轻量级。可以在同一个进程中并发执行。线程共享进程的内存和系统资源每个线程有独立的程序计数器和栈空间但是可以访问共享的数据和全局变量。
线程的主要特征包括 并发执行: 多个线程可以在不同的处理器或核心上同时执行从而实现并发性。 共享内存: 线程之间共享同一个进程的地址空间可以互相访问和修改共享数据。 轻量级: 相对于进程来说线程的创建、销毁和切换开销较小执行效率更高。 协作与通信:线程之间可以通过共享内存进行通信和协作也可以使用同步机制控制线程的执行顺序。
7.进程与线程的区别
它们有以下几个主要区别:
1.资源占用 进程:每个进程拥有独立的内存空间和系统资源如文件描述符、打开的文件等。进程间的通信需要使用进程间通信IPC。 线程:多个线程共享同一个进程的内存空间和系统资源线程之间可以通过共享内存进行通信。
2.调度和切换: 进程:进程是独立的执行实体操作系统以进程为单位进行调度进程的切换开销相对较大。 线程:线程是进程的一部分线程的调度和切换开销较小因为它们共享进程的上下文。
3.并发性和并行性 进程:多个进程可以并发执行每个进程都有自己的地址空间可以在多个处理器或核心上并行执行。 线程:多个线程可以在同一个进程内并发执行共享进程的地址空间可以在同一个处理器或核心上并行执行。
4.用户态与内核态 进程:进程切换涉及到用户态到内核态的切换需要较高的权限和开销。 线程:线程切换只涉及用户态的切换开销较小。
5. 创建和销毁 进程:创建和销毁进程的开销较大包括分配独立的内存空间、初始化数据结构等。 线程:创建和销毁线程的开销相对较小线程依赖于进程的内存和资源完成创建过程。
进程是独立的执行实体拥有独立的内存空间和系统资源。而线程是进程内的执行单元共享进程的内存空间和系统资源。线程的切换和通信开销较小并发性更高。选择使用进程还是线程取决于具体的应用需求。
8.进程地址空间
进程的地址空间是指操作系统为每个进程分配的虚拟内存空间用于存储进程的代码、数据和堆栈等信息。进程的地址空间通常分为以下几个部分: 1.代码段(Text Segment): 也称为程序段用于存放进程的可执行代码。该部分通常是只读的包含了程序的指令集如函数循环、条件语句等。
2.数据段(Data Segment):用于存储全局变量、静态变量和常量等数据。数据段可以分为初始化的数据段(Initialized DataSegment)和未初始化的数据段(Uninitialized Data segment)。
初始化的数据段包含了已经初始化的全局变量和静态变量等数据存储在静态存储区通常是可读写的。未初始化的数据段也称为BSS段(Block Started by Symbol)包含了未初始化的全局变量和静态变量等数据存储在静态存储区通常是可读写但初始值为0。
3.堆(Heap): 堆是动态分配的内存空间用于存储动态分配的数据。堆空间通常由程序员通过动态内存分配函数(如malloc() new)进行管理用于存储动态数组、链表等动态数据结构。堆的大小和生命周期由程序员显式控制需要在不再使用时手动释放。
4.栈(Stack):栈用于存储函数调用时相关的信息如局部变量、函数参数、返回地址等。栈的生命周期与函数的调用和返回有关每当调用一个函数时在栈上会创建一个新的栈帧用于保存函数的信息当函数返回时栈帧会被销毁。
9.进程常见状态
1.运行状态(Running): 正在CPU上执行指令的进程处于运行状态 2.等待状态(Waiting): 也称作阻塞状态。当进程需要某些资源以继续运行(例如等待用户输入或等待文件读取)时它将转入等待状态。直到所需资源可用时才会被重新放入可运行队列。 3.就绪状态(Ready): 当进程已经准备好在CPU上运行但由于其他进程正在CPU上运行而暂时无法运行此时就处于就绪状态。就绪状态的进程会被放在队列中等待CPU资源。 4.创建状态(New): 当进程刚被创建但还未被调度到运行时它处于创建状态。 5.终止状态(Terminated): 一个进程完成了它的全部工作或者被其他进程杀死或者出现异常终止时它就处于终止状态。此时操作系统将回收进程占用的资源并销毁该进程。
10.进程间通信
进程间通信(inter Process CommunicationIPC)是一个进程与另一个进程传输和分享数据的机制。 主要有以下几种方式: 1.管道(Pipe): 管道是最早的进程间通信机制数据可以在亲缘关系进程间单向流动。管道的优点是简单易用但缺点是数据只能在有亲缘关系的进程之间传输并且是无格式的字节流需要进程自行解析。
2.消息队列(Message Queue): 消息队列是一种先进先出的队列结构允许进程将消息发送到队列并允许其他进程根据消息的优先级从队列中读取。优点是可以在无关进程间传输数据支持数据的优先级设定。缺点是数据读写需要系统调用消耗相对较高复杂消息可能需要额外处理逻辑。
3.共享内存(Shared Memory): 共享内存允许多个进程访问同一块内存空间是最快的IPC方式。优点是无需系统调用直接读写内存效率较高。缺点是需要手动解决进程间的同步问题开发难度相对较高。
4.信号(Signal):信号是一种简单的进程间通信方式用来通知接收进程有某事件发生。它的优点是简单可以异步地通知事件。缺点是信息量有限只能传递一个数量不能携带更复杂的信息。
5.套接字(ocket):套接字可以在不同机器上的进程间通信。它的优点是可以进行跨机器的通信通用性强。缺点是开发相对复杂数据读写需要系统调用效率较低。
6.信号量(Semaphore):信号量常用于多个进程间的同步和互斥问题。
11.线程间通信
线程间的通信方式通常利用同一个进程下线程所共享的资源来实现。主要有以下几种方式 1.锁机制(Locks): 当多个线程需要访问共享资源时可以使用锁机制来避免并发问题。一个线程在访问资源时可以“锁定该资源阻止其他线程的访问直到该线程释放锁。锁机制简单而直接但必须小心处理否则可能导致死锁。
2.信号量(Semaphores): 信号量是一个更为高级的同步机制可以控制多个线程对共享资源的访问。信号量有一个计数器和一个等待队列组成计数器表示可用的资源数目。优点是可以控制资源的同时访问数缺点是使用不当也可能导致死锁。
3.条件变量(Condition variables): 条件变量是另一种同步机制允许一个线程等待某个条件满足。当条件满足时可以通知一个或多个正在等待的线程。条件变量通常与互斥锁一起使用。优点是能够实现更复杂的同步如按顺序访问等。缺点是使用不当可能导致死锁或饥饿现象。
4.事件驱动(Eventdriven):在事件驱动的模型中线程之间通过等待和触发事件来进行通信。这种方式不仅适用于线程间的通信也可以用于进程或异步输入/输出等的通信。优点是适应性强可以应对多种不同的通信需求。缺点是需要编程模型支持且在设计和实现上可能较为复杂。
5.线程本地存储(Thread-Local StorageTLS): 有些变量是线程不安全的例如静态变量全局变量等这些变量如果在多线程环境下共享可能会造成不可预料的结果。为了解决这个问题我们可以为每个线程提供一份该变量的副本这就是线程本地存储。此方案的优点是能避免资源竞争缺点是会增加内存的使用。
12.线程切换需要保存哪些上下文
当发生线程切换时操作系统需要保存当前线程的上下文以便在下次线程被再次调度执行时得以恢复。上下文主要包括以下内容 1.寄存器值:这包括了通用寄存器程序计数器(存放当前线程正在执行的指令地址)程序状态字(存放执行指令的结果的状态如零负溢出等)等。
2.堆栈指针:每个线程有自己的函数调用栈堆栈指针标识了当前线程在自己的栈空间中的位置。回到这个线程时它可以恢复到正确的函数调用位置。
3.程序计数器:这个值标识了线程执行到哪里。当线程切换回来时它将从这个位置继续执行。
4.内核栈指针:每个线程有一个内核栈存放在内核中的数据这个指针标识当前线程在内核内存中的位置。
5.线程状态:这包括了线程的优先级信号码错误码等。
干是当线程切换发生时操作系统会保存当前线程的上述上下文加载目标线程的上下文然后将控制权转交给目标线程这样目标线程就能接着上次的运行状态继续执行了。
