操作系统快速入门笔记--2
（通过上次记笔记，我发现操作系统这门卡了我这么久的课果然还是要多记笔记多思考才能更好地理解呀。
上学期因为课程太忙，所以操作系统看到一半就终止了，希望这次能够继续坚持下去，毕竟校招前留给我继续夯实内功的时间真的不多了！！
最近两天由于各种事情，学习的进度有点放缓，代码敲的有点少，还是希望自己能更好地利用好寒假宝贵的时间吧，不然下学期又要在一堆专业课中无法自拔！！）
看不见看不见看不见，你们看不见我的内心戏
内核级多线程KLT （Kernel-Level Threads）
线程管理的工作由OS内核来做。
OS提供了一个API供开发者使用KLT，OS也可以直接调度KLT。
内核级线程的特点
- 进程中的一个线程被阻塞了，内核能调度同一个进程的其他线程占有处理器进行。
- 多处理器环境中，内核能同时调度同一个进程中多个线程并行执行
- 内核自身也可用多线程技术实现，能提高操作系统的执行速度和效率
- 应用程序在用户态运行，线程调度和管理在内核态实现，同一进程中，控制权从一个线程传送到另一个线程时需要模式切换，系统开销大。通信开销是小的。
用户级线程ULT（User-Level Threads）
用户空间运行的线程库，提供多线程应用程序的开发和运行的支撑环境。
任何应用程序均需通过线程库进行程序设计，再与线程库连接后运行。
线程管理的所有工作都由应用程序完成，内核没有意识到线程的存在。
用户级线程的特点
- 所有线程管理数据结构均在进程的用户空间中，线程切换不需要内核模式，能节省模式切换开销和内核资源
- 允许进程按应用特定需要选择调度算法。
- 能运行在任何OS上，内核在支持ULT方面不需要任何工作
- 不能应用多处理器的优点，OS调度进程，仅有一个ULT能执行。
- 一个ULT阻塞，将引起整个进程的阻塞
Jacketing技术
把阻塞式系统调用改造成非阻塞式的
当线程陷入系统调用时，执行Jackting程序。
由jackting程序来检查资源使用情况，已决定是否执行进程切换，或传递控制权给另一个线程。
ULT 用于解决逻辑并行性问题
KLT 用于解决物理并行性问题
多线程实现的混合式策略
线程创建完全是在用户空间做的。
单应用的多个ULT可以映射成一些KLT，通过调整KLT数目，达到较好的并行效果。
特点：
- 组合用户级线程/内核级线程设施
- 线程创建完全在用户空间中完成，线程的调度和同步也在应用程序中进行
- 一个应用中的多个用户级线程被映射到一些内核级线程上
- 程序员可以针对特定应用和机器调节内核级线程的数目，以达到整体最佳效果
- 结合了纯粹用户级线程方法和内核级线程方法的优点，同时减少他们的缺点
线程混合式策略下的线程状态
多线程实现的各种策略.png
处理器调度的层次
高级调度：长程调度，作业调度
决定能否加入到执行的进程池中
决定哪个可用进程占用处理器执行
中级调度：平衡负载调度
决定主存中的可用进程集合
高级调度
分时OS中，高级调度决定
- 是否接受一个终端用户的连接
- 命令能否被系统接纳并构成进程
- 新建态进程是否加入就绪进程队列
批处理OS中，高级调度又称为作业调度。
功能是按照某种原则从后备作业队列中选取作业进入主存，并为作业做好运行前的准备工作和完成后的善后工作。
中级调度
为了提高内存利用率和作业吞吐量而引入。
中级调度决定那些进程被允许驻留在主存中参与竞争处理器及其他资源，起到短期调整系统负荷的作用。
中级调度把一些进程换出主存，从而使之进入挂起状态，不参与进程调度，以平顺系统的负载。
低级调度
又称处理器调度，进程调度，短程调度。
按照某种原则把处理器分配给就绪态进程或内核级进程。
进程调度程序：又称分派程序，操作系统中实现处理器调度的程序，是操作系统的最核心部分。
处理器调度策略的优劣直接影响到整个系统的性能。
低级调度的主要功能
- 记住进程或内核级进程的状态
- 决定某个进程或内核级线程什么时候获得处理器，以及占用多长时间
- 把处理器分配给进程或内核级线程
- 收回处理器
选择处理器调度算法的原则
- 资源利用率：使得CPU或其他资源的使用率尽可能高并且能够并行工作。
- 响应时间：使交互式用户的响应时间尽可能小，或尽快处理实时任务
- 周转时间：提交给系统开始到执行完成获得结果为止的这段时间间隔称周转时间，应该使周转时间或平均周转时间尽可能短
- 吞吐量：单位时间处理的进程数尽可能多
- 公平性：确保每个用户每个进程获得合理的CPU份额或其他资源份额
优先数调度算法
根据分配给进程的优先数决定运行进程
- 抢占式优先数调度算法
- 非抢占式优先数调度算法
优先数的确定准则：
- 进程负担任务的紧迫程度
- 进程的交互性
- 进程使用外设的频度
- 进程进入系统的时间长短
计算时间短(作业/进程)优先
剩余计算时间短进程优先
响应比高者(作业/进程)优先
响应比 = 等待时间/进入时间
先来先服务：先进队列先被选择（多用于高级调度，低级调度中，以计算为主的进程过于优越）
时间片轮转调度算法
根据各个进程进入就绪队列的时间先后轮流占有CPU一个时间片。
时间片的选定：选择长短合适的时间片，过长则退化为先来先服务算法，过短则调度开销大。
（单时间片，多时间片，动态时间片）
分级调度算法
多队列策略
建立多个不同优先级的就绪进程队列，多个就绪进程队列间按照优先数调度。
高优先级就绪进程分配的时间短，低优先级分配的时间长（补偿）
单个就绪进程队列中，进程的优先数和时间片都相同。
分级原则：外设访问，交互性，时间紧迫程度，系统效率，用户立场。。。
现代操作系统的实现模型：
- 多个高优先级的实时进程队列，如：硬实时，网络，软实时
- 多个分时任务的进程队列，根据基准优先数和执行行为调整。
- 队列数可能多达32-128个
彩票调度算法
主要是利用了概率。
基本思想：为进程发放针对系统各种资源（CPU时间等）的彩票，当调度程序需要做出决策时，随机选择一张彩票，持有该彩票的进程将获得系统资源。合作进程之间有彩票交换。
