L08_CPU管理的直观想法

CPU的工作原理：

取指令
执行指令

因此最直观的想法是，设置好取指指针指向的初值就好了，接下来一步步指向 :::danger 但是这种单线程的操作方式会造成CPU和内存的资源严重浪费 :::

Why采用多线程

不同操作耗时不同，对于CPU而言进行运算的速度是非常快的，但是读写磁盘、IO口输出受限于硬件条件，远远慢于CPU运算

int main(int argc, char* argv[])
{
    int i , to, *fp, sum = 0;
    to = atoi(argv[1]);
    for(i=1; i<=to; i++)
    {
        sum = sum + i;
        fprintf(fp,“%d”, sum);
    }
}

:::danger fprintf 和普通语句运行时间比5.7 * 10^5 : 1 等fprintf —— 浪费时间 :::

多线程操作

🍚Part_03_多进程图谱 - 图1 :::info 可以有效提高CPU和外设利用率 ::: 在一个程序运行的过程中，修改PC指针，指向另一个待执行的程序；

不仅仅需要修改寄存器PC，还有其他信息需要存储
定制了一种存放信息的结构：Process Control Block(PCB)

进程的概念

进程是进行（执行）中的程序

进程有开始、有结束，程序没有
进程会走走停停，走停对程序无意义
进程需要记录ax,bx,…，程序不用

L09_多进程图像
:::info
用户启动计算机实际上是启动了一个进程
用户管理计算机实际上是管理一堆进程
多个进程的交替是操作系统的核心，交替通过队列操作+调度+切换完成 :::

进程贯穿计算机工作的全部过程
main中的fork()创建了第1个进程
- init执行了shell(Windows桌面)

shell再启动其他进程

int main(int argc, char * argv[]) { 
  while(1) { 
      scanf(“%s”, cmd);
      if(!fork()) {
          exec(cmd);
      } 
      wait(); 
  }

如何组织多进程

PCB+状态+队列 :::info

利用PCB来存放进程的寄存器信息，地址信息等
利用状态来区分进程
将PCB组织成一定的数据结构（队列） :::

进程调度的方式比较复杂，常见/基础的有

FIFO 先入先出
Priority 有优先级的，e.g.,例如重要的任务or快速的任务先进行

进程的切换过程
先保存当前的PCB
将指针指向下一个PCB

进程间相互影响

内存管理

🍚Part_03_多进程图谱 - 图3

两个进程同时对一个内存地址进行操作，则会出现问题
解决方式：对于不同进程，设定不同的映射表，把给出的地址当作映射表的地址，然后映射到真实的地址中，这样可以使得不同进程所用到的内存分离

多进程合作

多进程进行合作时，可能会因为进程间的切换而出现错误结果
🍚Part_03_多进程图谱 - 图5
程序本身是想让生产者进行完后，消费者conter才—，但是一种可能的调度会如下所示

P.register = counter;
P.register = P.register + 1;
//
C.register = counter;
C.register = C.register - 1;
// 这时出现错误
counter = P.register;
counter = C.register;

:::info 防止这种情况出现的机制是上锁or同步
🍚Part_03_多进程图谱 - 图6 :::

Summary 如何形成多进程图像

读写PCB，OS中最重要的结构，贯穿始终
要操作寄存器完成切换(L10，L11，L12)
要写调度程序(L13，L14)
要有进程同步与合作(L16，L17)
要有地址映射（L20)

🍚Part_03_多进程图谱