本文主要是介绍操作系统——处理机管理（3），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
七、线程
1、线程的概念
线程是指由进程进一步派生出来的一组代码的执行过程；更详细地，线程是进程的一部分，是进程中相对独立的一个执行流，是系统独立调度的基本单位。
同一个进程中的所有线程继承并共享所属进程的一切资源，线程本身只拥有运行所需的很少资源，因此一个进程内的线程之间的切换开销比进程之间小得多，因此线程能够提高效率和并发性。
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2.线程与进程的关系
①资源上：进程是一个独立单位拥有自己的资源。线程不拥有系统资源，只拥有一些较少的、必不可少的资源，但线程可以访问隶属进程的资源，如代码段、数据段、已打开的文件、I/O设备等。
②调度上：传统操作系统中，进程是拥有资源和独立调度的基本单位。引入线程后，进程是拥有资源的基本单位，线程变成了调度的基本单位。
③并发性：引入线程的操作系统中，不仅进程之间可以并发执行，线程之间也能并发执行，能更好利用系统资源
④系统开销：创建撤销进程的开销比线程要大。
⑤安全性：使用进程更安全。因为线程操作系统中由于资源共线性，一个错误进程可能改变另一个线程使用的数据导致错误发生。
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3、线程的实现
TCB：线程控制块，在线程中的作用类似于进程中的PCB。
线程分为三类：用户级线程、内核级线程、混合线程。
（1）.用户级线程：在线程库的支持下完成管理工作，系统内核不知道线程的存在。
优点：①线程不依赖操作系统，可以使用与操作系统适应线程调度策略，灵活性高；②统一进程内线程切换不需要陷入系统内核，效率较高。
缺点：①同一个进程内的线程无法真正并行，即内核最多只给一个进程分配一个处理机。②进程中一个线程通过系统调用受阻，会导致整个进程被阻塞。
（2）、内核级线程：线程管理有关的所有工作都是由系统内核完成的。
应用程序部分没有线程管理的代码，而是通过一个到内核级线程的应用程序编程接口API来管理线程。
内核级线程的TCB保存于操作系统空间内核级线程是处理机调度的基本单位。
优点：克服了用户级线程的缺点：①并发性好，同一进程的不同线程可以调度到不同处理机上，②任何一个线程阻塞不会影响同一进程内其他线程运行。
缺点：①系统开销大，线程调度控制需要进入操作系统完成；②线程数量远大于进程数，系统内核空间消耗大。
（3）、组合线程
是以上两种模式的结合，系统内核支持线程的建立、调度和管理，同时提供线程库。
如果实现合理，就能综合以上两类的优点，克服其缺点。
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八、处理机调度原理
1、处理机的四级调度：作业调度、交换调度、进程调度、线程调度。
作业调度（高级调度/长程调度）：从输入井选择一个作业调入内存分配资源，并为其建立进程，使其具有竞争CPU的资格，作业执行完毕时作业调度还负责收回系统资源。
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交换调度（中程调度/中级调度）：将外存对换区中具备运行条件就绪程序调入内存，或者将处于内存中阻塞态或者就绪态的进程换出到外存交换区。
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进程调度（短程调度/低级调度）：选取一个处于活跃就绪状态的进程占用CPU，并进行进程的上下文切换。
线程调度：对于内核级，与进程调度相似，只是变为线程级别。对于用户级线程由线程库管理，操作系统不可见，因此操作系统设计时不用考虑。
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2、处理机调度的目标：
处理机 调度的目标是使处理机得到合理的分配，以是计算机系统呈现良好性能。
其中包含以下几个目标：
①提高系统资源的利用率；
②提高系统吞吐量，降低平均周转时间；
③降低平均响应时间；
④提供相对的公平机制；
⑤其他目标。
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3、处理机的调度方式：
①非抢先方式（非剥夺方式/不克抢夺方式）：
调度程序一旦把处理机分配给某个进程时，一直运行，直到完成或阻塞才把处理机分配给其他。
优点：简单，系统开销小。
缺点：高优先级任务可能无法第一时间运行；短作业必须等待正在运行的任务，导致短作业周转时间增加。
②抢先方式（剥夺方式/可抢占方式）：
一个进程或线程在执行时，系统可剥夺它的处理机分配给其他进程/线程。可以在任何时刻将正在运行的变为就绪态。
剥夺的原则：时间片原则；优先级原则；短作业优先原则。
优点：充分保证系统并发性和响应的及时性。
缺点：设计和实现更复杂；调度频繁发生，导致上下文切换导致的时间开销成为影响系统性能因素。
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4.处理机调度的时机
调度处理机调度程序的前提是进入系统内核，进入系统内核的方法：中断。
因此可以得出：中断是进程切换和处理机调度的前提条件。
调度时机：
①正在执行的进程（以下简称“进程”）在因提出I/O请求而暂停执行。
②进程执行完成。
③进程由于错误终止运行
④进程通行或同步过程中执行了某种原语操作，如唤醒原语
⑤基于优先级的调度中有高优先级进入就绪队列
⑥按照时间片轮转，分配的时间片用完
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九、调度算法
1、先来先服务
最简单的调度算法，不考虑其他因素，按照申请CPU的次序或者作业到达系统的次序来调度。
优点：具有一定公平性，不会出现饥饿现象。
缺点：不利于短作业（短进程），会导致其周转时间变长从而使平均周转时间也变长。
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2、最短周期优先
要求每个作业（进程）提供所需的运行时间，每次调度总是选择运行时间最短的来调度。
优点：可以证明该算法的平均周转时间最短，算法容易实现。
缺点：执行时间无法预先知道，甚至出现虚假；长作业可能长期得不到执行的机会，即算法无法保证避免饥饿发生。
改进版本是：最短剩余时间优先。
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3、最高优先级优先
给每个调度对象赋予一个优先级，与调度对象的紧迫程度相对应。
确定优先级的方法：
①静态优先级：每个调度对象进入系统时被赋予一个优先级，后续不再改变。
优点比较简单，系统开销小，缺点不太公平，不灵活
②动态优先级：进入系统赋予一个优先级，但随时间推进，不同调度对象优先级动态调整。
优点公平性好，灵活，资源利用率高，缺点需要花费一定系统开销，且实现较复杂。
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4、时间片轮转算法
主要用于时分系统中的进程调度。给每个进程规定一个时间片，以时间片为单位，先进先出，排队执行，可以使每个进程轮流获得一个时间片的处理机。
时间片过大：每个进程都能在一个时间片内执行完，则退化成了先进先出算法。
时间片过小：处理机在进程间频繁切换，系统开销大。
时间片轮转发分为两种：
①固定时间片轮转
分给所有进程的时间片长度完全相同。
②可变时间平轮转
根据不同进程的不同特性为其动态分配不同长度的时间片。
时间轮转法优点：公平、响应及时。可变时间片实现相对复杂开销大但更灵活。
缺点：对偏重I/O设备的进程不公平。
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5、多级反馈序列
是时间片轮转、最高优先级的总和发展。既能动态调整时间片大小，也能动态调整优先级，且系统中设有多个就绪队列。
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6、实时调度
实时系统是指时间因素非常关键的系统。除保证执行的正确性外还要求在一定时间约束内完成。
实时调度种类繁多，实现比较复杂，其中较为经典简单的算法：EDF算法（最早截止任务优先算法）。
这篇关于操作系统——处理机管理（3）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
