进程与调度

进程实体 = PCB + 程序段 + 数据段

• PCB：给操作系统用的，记录管理进程所需的全部信息。进程存在的唯一标志。
• 程序段：要执行的代码。多个进程可以运行同一个程序（共享同一程序段）。
• 数据段：进程处理的原始数据、中间结果、全局变量等。

进程和进程实体的区别：进程实体是静态的“那堆东西”，进程是它的一次运行过程，是动态的。

进程的特征

• 动态性（最基本）：有创建、有消亡，状态不断变化。
• 并发性：多个进程在一段时间内同时推进。
• 独立性：独立运行、独立获得资源、独立接受调度（未引入线程时）。
• 异步性：各自以不可预知的速度推进，所以需要同步机制。

用 C 结构体看 PCB 里有什么

typedef struct PCB {
    int  pid, uid;        // 描述信息：进程 ID、用户 ID
    int  state;           // 控制管理：当前状态
    int  priority;        // 控制管理：优先级
    int  cpu_time;        // 控制管理：已占用 CPU 时间
    Context ctx;           // 处理机相关：通用寄存器、PC、PSW、栈指针
    void *code, *data;     // 资源清单：程序段、数据段位置
    void *stack;           // 资源清单：栈
    File *files[NOFILE];   // 资源清单：打开的文件、I/O 设备
    struct PCB *next;      // 链入就绪队列 / 某个阻塞队列
} PCB;

切换进程时，CPU 里的寄存器值被存进旧进程的 ctx，再从新进程的 ctx 恢复，这就是“保存现场 / 恢复现场”。

共享存储

OS 在内存里划一块两个进程都能访问的空间，进程直接读写。

• 低级方式：共享一种数据结构，格式受限，速度慢
• 高级方式：共享一块存储区，格式随意，速度快
• 访问要互斥，由进程自己用 P/V 等同步工具保证；OS 只负责提供空间和工具

消息传递

以格式化消息（消息头 + 消息体）为单位，用 OS 提供的 send / receive 原语收发。

• 直接通信：发送方把消息直接挂到接收进程的消息缓冲队列上
• 间接通信：先发到中间实体信箱，接收方再从信箱取。也叫信箱通信

管道

连接读写进程的一个特殊共享文件（pipe 文件），本质是内存里一块固定大小的缓冲区。

• 半双工：同一时刻只能单向传。要双向通信就建两根管道
• 写满时写进程阻塞，读空时读进程阻塞
• 数据一旦被读走就从管道里消失，所以一根管道不适合多个读进程
• 读写互斥由 OS 保证

多对一

多个 ULT 映射到 1 个 KLT。

• 优：切换在用户态完成，开销小
• 缺：一个线程阻塞，整个进程阻塞；不能多核并行

一对一

每个 ULT 对应一个 KLT。

• 优：一个阻塞，别的照跑；可多核并行，并发能力强
• 缺：每建一个用户线程就要建一个内核线程，线程管理要进内核，开销大

多对多

n 个 ULT 映射到 m 个 KLT（n ≥ m）。

• 折中：克服多对一并发度低，又不像一对一那样每个线程都占内核线程

七状态模型：多了两个挂起态

• 就绪挂起：本来就绪，但被换到外存。激活后回到就绪。
• 阻塞挂起：本来阻塞，被换到外存。等的事件发生了，变成就绪挂起（还在外存）。
• 挂起和阻塞的区别：挂起是进程映像被调到外存；阻塞是在等事件，映像可以还在内存。
• 挂起由中级调度负责，这就是“中级调度”对应的状态。

调度方式

• 非抢占式（非剥夺）：只有当前进程主动放弃（结束、阻塞）才调度。开销小，适合早期批处理；来了紧急任务也只能干等。
• 抢占式（剥夺）：有更重要的进程需要 CPU 时，立即暂停当前进程。要遵循优先权、短进程优先、时间片等原则。适合分时、实时系统。
• 闲逛进程（idle）：没有就绪进程时，调度程序选它运行。优先级最低，只要有进程就绪就让出 CPU；不需要 CPU 以外的资源，不会被阻塞；执行中周期性检查中断。

RR 的时间片怎么定

• 太大：每个进程在一个时间片内都能跑完，RR 就退化为 FCFS，响应时间变长。
• 太小：进程切换太频繁，CPU 大量时间花在保存 / 恢复现场上，真正干活的比例下降。
• 一般要让切换开销占比不超过 1%。选择依据：系统响应时间要求、就绪队列中的进程数、系统处理能力。

多级反馈队列的规则

• 设置多级就绪队列，优先级从高到低，时间片从小到大（通常逐级加倍）。
• 新进程到达，先进第 1 级队列的队尾，按 FCFS 等待。
• 时间片用完还没结束，降到下一级队列的队尾；已在最低级的，放回最低级队尾（最低级按 RR）。
• 只有第 1 ~ k−1 级都空了，才调度第 k 级的进程。
• 第 k 级进程运行时，更高级队列来了新进程，就抢占它；被抢占的进程放回原队列末尾，不降级。