学习笔记6

知识点总结

多任务处理

• 多任务处理是操作系统的一个关键特性，允许多个进程并发运行。
• 多任务处理提供了更好的系统利用率，可以在同一时间内运行多个进程。
• 多任务处理有助于提供更好的响应时间，允许用户交互并同时运行多个应用程序。
  
  
  
  

进程

• 进程是正在执行的程序的实例，包括程序的代码、数据、寄存器状态和有关该进程的系统资源信息。
• 每个进程都有一个唯一的进程标识符（PID），用于唯一标识和操作该进程。
• 新进程通常通过fork系统调用创建，产生的新进程被称为子进程。

多任务处理系统

• 多任务处理系统使用调度器来确定在给定时间内哪些进程运行。
• 调度器可以使用不同的调度算法（如时间片轮转或优先级调度）来决定执行顺序。
• 进程可以处于运行态（正在执行）、就绪态（等待执行）或休眠态（等待某个事件）。
• 进程之间的状态转换和调度取决于它们的状态和优先级。
  
  
  
  
  
  

进程同步

• 进程同步是确保多个进程协调工作的关键问题，避免数据竞争和其他并发问题。
• 互斥锁用于确保只有一个进程可以访问共享资源，避免竞争条件。
• 信号量是一种同步工具，用于控制并发访问和避免资源争夺问题，可以用于进程间通信和协调。
• 条件变量用于在多个进程之间进行通信和协调，可以用于等待某个条件为真时执行操作。

进程终止

• 进程可以正常终止，通常是执行完主要任务或调用exit系统调用来实现的。
• 进程也可以被操作系统强制终止，如出现错误或资源不足。
• 父进程通常会使用wait或waitpid系统调用等待子进程终止，并获取子进程的退出状态码。

常见问题和解决方案

死锁问题

• 问题描述：多个进程或线程相互等待对方释放资源，导致所有进程都无法继续执行。
• 解决方案：避免死锁，可采用资源分配顺序策略、超时机制或死锁检测与解除。

竞争条件问题

• 问题描述：多个进程或线程尝试同时访问共享资源，导致不可预测的结果。
• 解决方案：使用互斥锁或信号量确保资源的互斥访问，或采用事务处理方式。

资源泄漏问题

• 问题描述：进程在终止时未释放已分配的资源，导致系统资源泄漏。
• 解决方案：编写良好的代码以确保资源在不再需要时被正确释放，或使用自动资源管理工具。

进程间通信问题

• 问题描述：进程需要在不同地址空间的情况下进行通信，如父子进程或不相关进程之间的通信。
• 解决方案：使用进程间通信（IPC）机制，如管道、消息队列、共享内存、套接字等，以安全地进行数据传递。

进程崩溃问题

• 问题描述：进程崩溃可能导致数据损坏或系统不稳定。
• 解决方案：实施进程监控和自动重启机制，以便在进程崩溃时快速恢复。

资源争夺问题

• 问题描述：多个进程竞争有限的资源，如锁、内存或文件句柄。
• 解决方案：实施资源管理策略，防止资源争夺，或通过限制资源使用来避免资源过度使用。

性能问题

• 问题描述：系统负载高，响应时间慢，或进程之间的竞争导致性能下降。
• 解决方案：优化代码、使用多线程或进程池，采用更高效的算法，提高系统性能。

实践

多任务处理

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int pid = fork(); // 创建子进程
    if (pid == 0) {
        // 子进程代码
        printf("Child process is running\n");
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程代码
        printf("Parent process is running\n");
    } else {
        // 创建进程失败
        perror("fork");
    }
    return 0;
}

创建多进程

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

int shared_variable = 0;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

void *increment(void *arg) {
    for (int i = 0; i < 100000; i++) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        shared_variable++;
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t thread1, thread2;
    pthread_create(&thread1, NULL, increment, NULL);
    pthread_create(&thread2, NULL, increment, NULL);

    pthread_join(thread1, NULL);
    pthread_join(thread2, NULL);

    printf("Shared variable: %d\n", shared_variable);
    return 0;
}

子进程和父进程的终止

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int pid = fork();
    if (pid == 0) {
        // 子进程
        printf("Child process is running\n");
        exit(0); // 正常终止子进程
    } else if (pid > 0) {
        // 父进程
        sleep(2); // 等待2秒
        printf("Parent process is running\n");
    }
    return 0;
}