Process Management

概念

操作系统为正在运行的程序提供的抽象。

机器状态

进程需要知晓程序的机器状态

• 内存（代码和数据）
• 寄存器

进程状态

Unix 进程 API

• fork 调用
• wait 调用
• exec 调用

用户模式与内核模式

硬件通过提供不同的执行模式来协助操作系统。在用户模式（user mode）下，应用程序不能完全访问硬件资源。在内核模式（kernel mode）下，操作系统可以访问机器的全部资源。还提供了陷入（trap）内核和从陷阱返回（return-from-trap）到用户模式程序的特别说明，以及一些指令，让操作系统告诉硬件陷阱表（trap table）在内存中的位置。

时钟中断

时钟设备可以编程为每隔几毫秒产生一次中断。产生中断时，当前正在运行的进程停止，操作系统中预先配置的中断处理程序（interrupt handler）会运行。此时，操作系统重新获得 CPU 的控制权，因此可以做它想做的事：停止当前进程，并启动另一个进程。

进程调度

周转时间

• 先进先出（FIFO）
• 最短任务优先（SJF）
• 最短完成时间优先（STCF）

响应时间

• 轮转

多级反馈队列（Multi-level Feedback Queue，MLFQ）

• 规则1：如果A的优先级 > B的优先级，运行A（不运行B）。
• 规则2：如果A的优先级 = B的优先级，轮转运行A和B。
• 规则3：工作进入系统时，放在最高优先级（最上层队列）。
• 规则4：一旦工作用完了其在某一层中的时间配额（无论中间主动放弃了多少次CPU），就降低其优先级（移入低一级队列）。
• 规则5：经过一段时间S，就将系统中所有工作重新加入最高优先级队列。（应对饥饿问题）

MLFQ有趣的原因是：它不需要对工作的运行方式有先验知识，而是通过观察工作的运行来给出对应的优先级。通过这种方式，MLFQ可以同时满足各种工作的需求：对于短时间运行的交互型工作，获得类似于SJF/STCF的很好的全局性能，同时对长时间运行的CPU密集型负载也可以公平地、不断地稳步向前。因此，许多系统使用某种类型的MLFQ作为自己的基础调度程序，包括类BSD UNIX系统[LM+89，B86]、Solaris[M06]以及Windows NT和其后的Window系列操作系统。

多处理器进程调度

• 单队列
• 多队列
• 进程迁移