1. 进程的创建

　　　　2. 进程的终止

　　　　3. 进程的阻塞与唤醒

　　　　4. 进程的挂起与激活

 小结

进程的控制就是操作系统对进程的主要管理工作，最重要的就是状态的切换维护。

每种状态都有不同的引发事件，每种状态又有各自不同的处理步骤和过程，整个进程控制主要就是涉及这些内容。

上面主要就是对这些状态进行简单的描述，以更好地对“进程的控制”这个概念有一个透彻的理解

上图中的思维导图是进程控制的核心

必须要理解：操作系统对于进程的控制就是对于这些状态的切换，以及切换所需要的数据维护。

二、进程的同步

（一）、进程同步概念

　　1.1 临界资源

　　　　一旦有对资源的共享，就必然涉及竞争限制

所以尽管A进程和B进程轮流获得时间片运行，但是当需要访问临界资源时，一旦有一个进程已经开始使用，另外的进程就不能进行使用，只能等待。

　　1.2 两种制约关系

　　　　既然资源访问有限制，到底有哪些场景是需要同步处理的?也就是何时会出现资源冲突？

　　看得出来，其实同步要解决的问题根本就是竞争，间接关系是赤裸裸的的竞争，共享同一个I/O就是一种竞争，尽管他们看似好像没有什么关系

　　直接的制约关系，源于进程间的合作，某种程度上来说也是一种竞争，只不过是有条件的竞争，他们共享缓冲区，当缓冲区满时只能是消费者可以运行，生产者需要阻塞，这可以认为缓冲区满这种情况下，消费者独占了缓冲区，生产者不能使用了，不过这种情况下还是说成合作比较容易理解

　　所以，要么是因为共享资源带来的竞争，要么就是相互合作带来的依赖。

　　1.3 临界区

　　　　有了临界资源的概念，就很容易理解临界区的概念，在程序中，所有的操作都是通过代码执行的，访问临界资源的那段代码就是临界区

以打水为例，所以在还没到井口，就要画一个大圈，不允许第二个人进入范围，“请站在安全黄线内”这句话熟悉么？这就是临界区。

　　1.4 同步规则

　　　　四种同步规则： 1. 空闲让进    2. 忙则等待    3. 有限等待    4. 让权等待

　　空闲让进：对于临界资源没有被使用，则谁来都可以直接使用。

　　忙则等待：这个就是上面的对立，如果临界资源被使用，后者就需要进行等待。

　　有限等待：保证在有限时间内，进入临界区，而不是一直憨憨的傻等。

　　让权等待：如果一直进入不了临界区，就要释放处理机，让别人进入，不能一直占着没有结果。比如超市付钱，一直连不上网，无法付钱，所以你必须让后面的人来付款，不能浪费时间和资源。

　　有限等待和让权等待的共同特性是必须保证有条件的退出以给其他进程提供运行的机会。简单说就是有限时间内你就要走开，你得不到更要走开，你即使能得到但是时间太久也得先让一下别人

　　临界区的设置就是安全黄线的设置，同步规则其实就是临界区两条黄线进出规则

　　对于临界区，还可以进一步细分出来进入区和退出区以及剩余区

（二）、临界区算法

　　Peterson算法

　　Peterson算法适用于两个进程在临界区与剩余区间交替执行。假设两个进程分别为p0 和 p1

　　为了表示方便，使用pi表示其中一个进程时，pj表示另外一个，显然有i = 1-j（j = 1-i）

　　　　

　　使用一个int类型变量turn 表示可以进入临界区的线程，如果turn == i，表示pi可以进入临界区

　　使用boolean 类型数组flag，总共两个进程，所以flag[2]，用来表示哪个进程想要进入临界区，如果flag[i] = true；表示进程pi想要进入临界区

　　上图红框内为进入区，蓝框内为退出区

　　为了进入临界区，进程pi首先设置flag[i]为true；并且设置turn为j；

　　显然，根据while的条件，只有flag[j] == false 或者turn == i 时，pi可以进入临界区

　　也就是如果我想进入的话，当对方不想进入或者当前允许我进入时，我就可以进入临界区

　　显然，如果只有一个进程想要进入，那么如上所述，对方不想进入时，可以进入临界区，符合空闲让进

　　如果两个进程都想进入，不管经过多么激烈的竞争，当执行到while时flag[0] 和 flag[1] 都是true，也就是while内部的两个条件，条件1始终是true

　　但是turn只会有一个值，要么0 要么1，也就是说while的第2个条件决定了谁会被while阻塞，谁能够继续执行下去

　　这种情况下必然能够有一个进程会进入临界区，另外一个被while循环阻塞，所以符合空闲让进、忙则等待

 

　　当临界区内的进程执行结束后，会设置flag[] 标志位，如果此时另外的进程在等待，一旦设置后，其他进程就可以进入临界区（刚才已经说了，如果pi想进入，flag[j] == false 或者turn == i 时可以进入）也就是说当前进程结束后，下一个进程就能够进入了，所以满足有限等待。

　　Peterson只是一种临界区算法，还有其他的。

（三）、同步方式之信号量

1965年，荷兰学者Dijkstra 提出的信号量(Semaphores)机制是一种卓有成效的进程同步工具。

临界区算法的原理可以让多进程对于临界区资源的访问串行化；

信号量机制允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。

什么是信号量？信号量（semaphore）的数据结构为一个值和一个指针，指针指向等待该信号量的下一个进程。信号量的值与相应资源的使用情况有关。

　　-- 当它的值大于0时，表示当前可用资源的数量；

　　-- 当它的值小于0时，其绝对值表示等待使用该资源的进程个数。

　　 一般来说，信号量S>=0时，S表示可用资源的数量。

　　执行一次P操作意味着请求分配一个单位资源，因此S的值减1；当S<0时，表示已经没有可用资源，请求者必须等待别的进程释放该类资源，它才能运行下去。

　　而执行一个V操作意味着释放一个单位资源，因此S的值加1；若S<=0，表示有某些进程正在等待该资源，因此要唤醒一个等待状态的进程，使之运行下去。

一、整型信号量

　　最初信号量机制被称之为整型信号量

　　最初由Dijkstra 把整型信号量定义为一个用于表示资源数目的整型量 S，它与一般整型量不同，除初始化外，仅能通过两个标准的原子操作(Atomic  Operation)  wait(S)和 signal(S)来访问。

　　wait表示资源申请：如果S小于等于0（资源不足）等待，如果满足那么将会进行S-1，也就是申请资源

　　P、V操作也称之为操作原语，就是指原子操作。(原子性是指一个操作是不可中断的，要么全部执行成功要么全部执行失败)

　　简单来说： p操作（wait）：申请一个单位资源，进程进入

　　PV操作的含义：PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程），对信号量进行操作，具体定义如下：

　　使用PV操作实现进程互斥时应该注意的是：
    　　（1）每个程序中用户实现互斥的P、V操作必须成对出现，先做P操作，进临界区，后做V操作，出临界区。若有多个分支，要认真检查其成对性。
    　　（2）P、V操作应分别紧靠临界区的头尾部，临界区的代码应尽可能短，不能有死循环。
    　　（3）互斥信号量的初值一般为1。

优缺点

优点：效率高。

缺点： 1. 不可被中断。由于PV操作是原子操作，因此若程序在PV操作间隙出现异常进而中断PV操作，那么会造成该程序无法恢复信号量，进而导致一直锁住某块临界资源，造成程序死锁，永远无法访问。

　　　 2. 我们说，一个好的进程调度，需要满足这四个条件：闲则让进，忙则等待，有限等待，让权等待(见名词表释义)，然而整型信号量无法实现让权等待，导致处理器性能降低。

二、记录型信号量

　　定义：一个由两部分组成的结构体。其一为整型数值(就是整型信号量)，其值为正数时用于记录当前允许进入临界区的进程数量，为负数时，记录阻塞队列中进程数量；其二为链表，用于记录当前想要进入临界区的进程。

　　鉴于整型信号量机制中的“忙等”情况，演化出来记录型信号量，如果进程无法进入临界区，那么进入等待释放CPU资源，并且通过一个链表记录等待的进程。

semaphore {

　　value：int value;

　　L：进程等待链表（集合）；

}

相对应整型信号量中的wait(S) 和 signal(S)可以描述为：

wait(S)：

var S = semaphore；

S.value=S.value-1；

if S.value<0 then block(S.L)； 

signal(S):

var S = semaphore；

S.value=S.value+1；

if S.value<=0 then wakeup(S.L)；  

上面的操作中，均定义了一个semaphore类型的变量S

block 和 wakeup 也都是原语，也就是原子操作。block原语，进行自我阻塞，放弃处理机，并插入到信号量链表S.L 中；wakeup原语，将S.L链表中的等待进程唤醒。

如果 S.value的初值为 1，表示只允许一个进程访问临界资源，此时的信号量转化为互斥信号量，用于进程互斥。（效果就如同Peterson算法了）

三、AND型信号量

　　针对于临界区算法或者是整型信号量或者是记录型信号量是针对各进程之间只共享一个临界资源而言的。

五、小结

　　临界区机制通过算法控制进程串行进入临界区，而信号量机制则是借助于原语操作（原子性）对临界资源进行访问控制

　　按照各种信号量机制对应的规则以及相应的原语操作，就可以做到对资源的共享同步访问，而不会出现问题

　　信号量机制总共有四种

　　　　

---- 整型信号量机制可以处理同一共享资源中，资源数目不止一个的情况

---- 记录型信号量对整型信号量机制的“忙等”进行了优化，通过block以及weakup原语进行阻塞和通知

---- AND型信号量机制解决了对于多个共享资源的同步

---- 信号量集是对AND的再一次优化，既能够处理多个共享资源同步的问题，还能够设置资源申请的下限，是一种更加通用的处理方式

（一）、管程的定义

 　　　　　　　　　　

（二）、管程的特点

　　　　　　　　

 　　　　　　

（三）、条件变量

　　条件变量(例如名称为c)是管程内的一种数据结构，且只有在管程中才能被访问，它对管程内的所有过程是全局的，只能通过两个原语操作来控制它。

　　c.wait( )-调用进程阻塞并移入与条件变量c相关的队列中，并释放管程，直到另一个进程在该条件变量c上执行signal( )唤醒等待进程并将其移出条件变量c队列。

　　c.signal( )-如果存在其他进程由于对条件变量c执行wait( )而被阻塞，便释放之；如果没有进程在等待，那么，信号被丢弃。

　　条件变量与P、V操作中信号量的区别：

　　　　条件变量是一种信号量，但不是P、V操作中纯粹的计数信号量，没有与条件变量关联的值，不能像信号量那样积累供以后使用，仅仅起到维护等待进程队列的作用。因此在使用条件变量x时，通常需要定义一个与之配套使用的整型变量x-count用于记录条件变量x所维护等待队列中的进程数。

总结

感谢 :https://www.cnblogs.com/noteless/p/10350253.html#16