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wzjs 2025/9/21 23:37:31

本溪网站设计,太原市建设银行网站首页,注册企业管理咨询服务公司,网站建设要求有哪些多进程与操作系统基础上一个内容我们讲了多进程图像，强调多进程图像是操作系统最核心的图像。我们还通过Windows任务管理器，实际观察了操作系统里的进程。进程是操作系统的核心内容，管理好多个进程，就能管理好操作系统和CPU。…

多进程与操作系统基础

上一个内容我们讲了多进程图像，强调多进程图像是操作系统最核心的图像。我们还通过Windows任务管理器，实际观察了操作系统里的进程。

进程是操作系统的核心内容，管理好多个进程，就能管理好操作系统和CPU。
上节课提到操作系统支持多进程图像的四个方面：
- 组织方式：操作系统通过状态（如就绪态、阻塞态等）和队列（就绪态队列、阻塞队列等）来组织进程，涉及简单数据结构知识，此部分不做详细讲解。
- 进程切换：多进程的切换非常关键，是重点内容。
- 进程分离：在内存管理部分详细展开如何让进程之间地址空间不相互影响。
- 进程合作：在进程同步章节详细讲解操作系统如何让多个进程合作。

线程概念的引出

本次课重点探讨操作系统如何实现多个进程的切换。然而，讲进程切换却提到线程，这是因为线程的切换是进程切换的重要组成部分。
在这里插入图片描述

多进程图像回顾：一个进程执行一系列指令，执行时可能因启动I/O（如磁盘操作）而执行不下去，需要切换。这里引发思考：能否只切换指令序列，而不切换资源（如映射表）？
线程概念形成：实际上，将资源和指令执行分开，只切换指令序列是可行的。这样切换速度更快，因为只需切换程序计数器（PC）和一些寄存器，无需切换映射表等资源。这种在一个资源下启动多个轻巧的指令序列，且可来回切换的方式，就是线程。线程保留了并发优点，同时避免了进程切换的高代价，其实质是映射表不变而PC指针变化。

线程实用性的示例——网页浏览器

以网页浏览器为例说明线程的实用性。
在这里插入图片描述

浏览器显示过程：打开斯坦福网站时，网页数据包含文本、图片等。若所有操作按顺序执行，先下载文本，再显示文本，最后显示图片，会出现一段时间屏幕空白，用户体验差。
多线程实现方式：实际浏览器是通过多线程实现的：
- 一个线程从服务器接收数据。
- 一个线程显示文本。
- 一个线程处理图片（如解压缩）。
- 一个线程显示图片。
线程共享资源优势：这些线程共享资源，比如接收的数据放在缓冲区，显示文本和图片的线程都从该缓冲区读取数据。若采用进程方式，因进程地址空间分离，数据传递会很麻烦，所以采用线程方式更合适。

线程切换实现示例

以WebExplorer应用程序为例，展示线程切换的实现：
在这里插入图片描述

程序基本结构：程序申请共享缓冲区，创建多个线程，每个线程执行一个函数。如GetData函数负责从网站下载数据（建立Socket连接，下载数据包并放入缓冲区），Show函数从缓冲区取出内容显示到显示器上。
线程交替执行关键：核心是实现线程交替执行，这需要用到Yield函数。当GetData函数下载一部分数据后，调用Yield函数暂停当前线程执行，操作系统保存当前线程状态（如PC值、寄存器值等），然后从线程就绪队列中选取另一个线程（如Show线程），恢复其状态并让其执行。Show线程执行完相关操作后，也调用Yield函数，将执行权交回操作系统，操作系统再选取其他就绪线程执行，如此循环实现线程交替执行。

线程切换原理深入分析

Create与Yield：Create用于制造第一次切换时的状态，Yield是线程切换的核心。

能切换就需清楚切换时的状态，比如Yield操作就是程序计数器（PC）从一个地址跳到另一个地址，如从100跳到300 。
栈的变化：开始是一个栈，存在问题。后来发展为两个栈（对应两个线程），每个线程有自己的栈和线程控制块（TCB）。Yield切换时要先切换栈，例如Yield函数中先将当前栈指针（esp）保存到当前TCB中，然后将esp设置为下一个线程TCB中的esp值，实现栈的切换。
ThreadCreate核心：ThreadCreate函数的核心是创建两个TCB、两个栈，并将切换的PC值存于栈中。具体实现为申请TCB和栈的内存空间，将函数入口地址（如100）存入栈中，并将栈指针与TCB关联。

综合示例与用户级线程特点

综合示例：将所有相关函数组合在一起，WebExplorer函数（类似main函数）中创建线程（调用ThreadCreate），并通过while(1)Yield()不断进行线程切换；GetData函数在下载数据过程中调用Yield实现线程切换；ThreadCreate函数负责申请栈和TCB等操作；Yield函数负责保存现场、切换栈等操作。还提到编译相关命令，如gcc -o explorer get.c yield.c... 或 gcc get.c... -lthread 。
用户级线程特点：强调Yield是用户程序，说明这是用户级线程。用户级线程切换控制权在用户程序手中，在用户态执行。若进程中的某个线程进入内核并阻塞（如GetData函数中连接URL发起请求后等待网卡I/O ，导致进程阻塞），其他线程仍可通过Yield进行切换执行，实现并发效果。但用户级线程也有局限性，如线程长时间执行不主动调用Yield，会导致其他线程无法执行，后续会讲解内核级线程来解决此类问题。