操做系统----第二章：多进程图像之CPU管理

CPU管理的直观想法

CPU的朴素工作原理

在计组中已经学过：

CPU包括控制器和运算器，他与主存之间会有地址总线、数据总线、控制总线，用于与主存的指令、数据进行数据交互

CPU的朴素工作原理就是：
1、我们先初始化PC指针，之后，CPU将PC指针指向的主存的存储单元的内容，通过数据总线送到CPU

2、CPU发现是一条指令，便会执行该指令，执行过程中可能还会去主存中对应地址取数据（会用到MAR、MDR，实际上上面的PC会经过MAR去取数据，给到MDR，只不过大部分是直接使用MAR、MDR），执行完当前指令之后，PC自动加一

从而继续自动执行1、2，完成自动地取指执行

所以，CPU就这样顺序执行下去了

提出问题

我们来看这样一段程序，
1、这行代码属于：IO操作

2、当把这行IO操作代码用一条计算指令代替时，可以看到执行10^7次循环，耗时0.015s-------平均一次循环步耗时0.015/10的7次方
（计算指令相当于CPU在执行，而IO时CPU不执行）

3、而当带着这条IO代码时，执行1000次循环，耗时0.859s-------平均一个循环步耗时0.859/10^3

4、二者作比：可以看到，大致为10^6：1，也就是CPU执行一条IO操作代码的时间，大致是执行一条计算指令代码的10的6次方倍，所以，执行IO的速度相比CPU执行的速度来讲，十分十分的慢

所以，如果一段程序中，有10^6条非IO指令，之后来一条IO指令，二者耗费的时间是一样的，但前者是CPU一直在运行，而IO时，CPU会停下等待，处于闲置状态

所以，这样一段10^6:1程序，CPU的利用率只有百分之五十

而实际代码中，可能我们每隔30行非IO代码，就会有一条IO代码，这样看来，整个程序CPU的利用率近乎接近于1%，99%的时间都用在了等待IO

解决问题

直观想法：当CPU等待IO时，我们使用一些手段，让其去执行其他任务，当IO结束后，再通过某种手段通知CPU回来继续执行下面的代码，这样CPU的利用率就会被超大幅度提升

所以，采用多道程序交替交给CPU执行的方法（注意，交替执行只是针对CPU而言，在CPU切换后，没有CPU的程序并没有停下，而是在执行IO，所以，两个程序是一值在并行执行）

1、单道程序执行A、B，时间是80

2、而采用多道程序执行A、B之后，时间缩短到45

3、简要看一下多道程序执行的过程：首先从B开始，遇到B要IO（DEV代表IO），则让B执行IO，同时CPU切换到A执行，之后，A要进行IO，则让A继续IO，CPU切换到B执行，而这里，CPU执行B时，A的IO结束了，但是B的CPU还能继续执行，那么A只好等待，等B什么时候遇到IO释放了CPU，A再继续使用CPU

CPU交替执行（并发）

多道程序交替交给CPU执行（注意，交替执行只是针对CPU而言，在CPU切换后，没有CPU的程序并没有停下，而是在执行IO，所以，两个程序是一值在并行执行）

当当前程序遇到IO后，修改PC的值，让其切换到另一个程序执行，而不是让CPU干等着，此时程序A和程序B在并行执行，称之为**“并发”**

但是单纯修改PC的值就行了吗，修改PC的值，虽然是跳到程序B执行了，但是程序A会停止，显然不符合并行执行

1、当，从程序A切换到程序B执行之后，PC被修改回去，继续执行程序A时，发现ax、bx都被程序B修改了，所以程序A就错误了，不是PC切换之前的ax、bx了

2、所以，每个运行的程序，会有一个结构，专门用于存放PC切走之前的信息，如上图，包含了ax、bx的值，以及PC的切换位置，方便PC切回来，这个结构就是PCB进程控制块

1、所以，运行中的程序，需要记录一些信息，而静态的程序代码不需要，

即，运行的程序=静态程序代码+需要额外记录一些信息（记录在PCB中）

而，这样的一个运行的程序，我们称之为“进程”

可以将静态程序视为剧本，而进程就是一场戏

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