什么是进程通信？
进程通信就是进程之间的信息交换。进程是分配系统资源的单位（包括内存地址空间），因此各个进程拥有的内存地址空间相互独立，为了保证安全，一个进程并不能直接访问另一个进程的地址空间，但是进程之间的信息交换又是不可避免的，为了保证线程安全，就会出现一些进程通信的方法：共享存储、消息传递和管道通信。
为两个进程设立一个共享存储区，两个进程需要互斥（通过PV操作）的访问共享空间。
共享存储分为 基于数据结构 和 基于存储区 两种：
基于数据结构：只能放固定数据结构的数据，速度慢，限制多，是一种低级通信方式。
基于存储区：数据形式由进程控制，是高级通信方式。
进程间通过 “发送消息”、“接受消息”这两个原语来进行数据交换
类似与邮件，有一个消息信箱作为进程间消息的中转站，进程要先将消息发送到信箱中去，进程收到消息后将消息挂到消息队列上。
消息类似于网络报文，分为消息头和消息体两部分。消息头包括发送进程id，接受进程id，消息类型，消息长度等（和计网完全类似）。
总结：
什么是调度？
当有一堆任务要处理，但由于资源有限，这些事情没法同时处理。这就需要确定某种规则来决定处理这些任务的顺序，这就是“调度”研究的问题。
什么是处理机调度？
在多道程序系统中，进程的数量往往是多于处理机的个数的，这样不可能同时并行地处理各个进程。处理机调度，就是从就绪队列中按照一定的算法选择一个进程并将处理机分配给它运行，以实现进程的并发执行。
高级调度(作业调度)。按一定的原则从外存上处于后备队列的作业中挑选-一个(或多个)作业，给他们分配内存等必要资源，并建立相应的进程(建立PCB)，以使它(们)获得竞争处理机的权利。
由于内存空间有限，有时无法将用户提交的作业全部放入内存，因此就需要确定某种规则来决定将作业调入内存的顺序。
高级调度是辅存(外存)与内存之间的调度。每个作业只调入一次，调出一次。作业调入时会建立相应的PCB.作业调出时才撤销PCB。高级调度主要是指调入的问题，因为只有调入的时机需要操作系统来确定，但调出的时机必然是作业运行结束才调出。
中级调度中级调度(内存调度)，就是要决定将哪个处于挂起状态的进程重新调入内存。
一个进程可能会被多次调出、调入内存，因此中级调度发生的频率要比高级调度更高。
引入了虚拟存储技术之后，可将暂时不能运行的进程调至外存等待。等它重新具备了运行条件且内存又稍有空闲时，再重新调入内存。这么做的目的是为了提高内存利用率和系统吞吐量。
暂时调到外存等待的进程状态为挂起状态。值得注意的是，PCB并不会一 起调到外存， 而是会常驻内存。PCB中会记录进程数据在外存中的存放位置，进程状态等信息，操作系统通过内存中的PCB 来保持对各个进程的监控、管理。被挂起的进程PCB会被放到的挂起队列中。
低级调度低级调度(进程调度)，其主要任务是按照某种方法和策略从就绪队列中选取-一个进程，将处理机分配给它。
进程调度是操作系统中最基本的一种调度， 在一般的操作系统中都必须配置进程调度。 进程调度的频率很高，一般几十毫秒一次。
高级、中级、低级调度的对比进程调度(低级调度)，就是按照某种算法从就绪队列中选择一个进程为其分配处理机。
（1）需要进行进程调度与切换的情况
当前运行的进程主动放弃处理机进程正常终止，运行过程中发生异常而终止，进程主动请求阻塞(如等待I/O)。
当前运行的进程被动放弃处理机分给进程的时间片用完，有更紧急的事需要处理( 如I/O中断)，有更高优先级的进程进入就绪队列。
（2）不能进行进程调度与切换的情况
在处理中断的过程中。中断处理过程复杂，与硬件密切相关，很难做到在中断处理过程中进行进程切换。进程在操作系统内核程序临界区中。在原子操作过程中，原子操作不可中断，要一气呵成。(如之前讲过的修改PCB中进程状态标志，并把PCB放到相应队列)（1）非剥夺调度方式，又称非抢占方式。即，只允许进程主动放弃处理机。在运行过程中即便有更紧迫的任务到达，当前进程依然会继续使用处理机，直到该进程终止或主动要求进入阻塞态。
实现简单，系统开销小但是无法及时处理紧急任务，适合于早期的批处理系统
（2）剥夺调度方式，又称抢占方式。当一个进程正在处理机上执行时，如果有一.个更重要或更紧迫的进程需要使用处理机，则立即暂停正在执行的进程，将处理机分配给更重要紧迫的那个进程。
可以优先处理更紧急的进程，也可实现让各进程按时间片轮流执行的功能(通过时钟中断)。适合于分时操作系统、实时操作系统。
“狭义的进程调度”与“进程切换”的区别: 狭义的进程调度指的是从就绪队列中选中一个要运行的进程。(这 个进程可以是刚刚被暂停执行的进程，也可能是另一个进程，后一种情况就需要进程切换)
进程切换是指一个进程让出处理机，由另一个进程占用处理机的过程。
广义的进程调度包含了选择一个进程和进程切换两个步骤。
进程切换的过程主要完成了: 1.对原来运行进程各种数据的保存 2.对新的进程各种数据的恢复 (如:程序计数器、程序状态字、各种数据寄存器等处理机现场信息，这些信息一般保存在进程控制块)
注意:进程切换是有代价的，因此如果过于频繁的进行进程调度、切换，必然会使整个系统的效率降低，使系统大部分时间都花在了进程切换上，而真正用于执行进程的时间减少。
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①CPU利用率:指CPU“忙碌”的时间占总时间的比例。即利用率=忙碌的时间/总时间
②系统吞吐量:单位时间内完成作业的数量
对于计算机来说，希望能用尽可能少的时间处理完尽可能多的作业
系统吞吐量=总共完成了多少道作业/总共花了多少时间 Eg:某计算机系统处理完10道作业，共花费100秒，则系统吞吐量为? 10/100=0.1道/秒
③周转时间，是指从作业被提交给系统开始，到作业完成为止的这段时间间隔。
对于计算机的用户来说，他很关心自己的作业从提交到完成花了多少时间。
周期时间=作业在外存后备队列上等待作业调度(高级调度)的时间+进程在就绪队列上等待进程调度(低级调度)的时间+进程在CPU上执行的时间+进程等待I/O操作完成的时间。
后三项在一个作业的整个处理过程中，可能发生多次。
(作业)周转时间=作业完成时间-作业提交时间
平均周转时间 =各作业周转时间之和/作业数
④等待时间，指进程/作业处于等待处理机状态时间之和，等待时间越长，用户满意度越低。
对于进程来说，等待时间就是指进程建立后等待被服务的时间之和，在等待IO完成的期间其实进程也是在被服务的，所以不计入等待时间。
对于作业来说，不仅要考虑建立进程后的等待时间，还要加上作业在外存后备队列中等待的时间。
一个作业总共需要被CPU服务多久，被I/O设 备服务多久一般是确定不变的，因此调度算法其实只会影响作业/进程的等待时间。
⑤响应时间，指从用户提交请求到首次产生响应所用的时间。
对于计算机用户来说，会希望自己的提交的请求（比如通过键盘输入了一个调试命令）尽早地开始被系统服务、回应。
调度的算法Tips:各种调度算法的学习思路 1.算法思想 2.算法规则 3.这种调度算法是用于作业调度还是进程调度? 4.抢占式?非抢占式? 5.优点和缺点 6.是否会导致饥饿
调度算法需要针对不同环境来讨论。
a、先来先服务(FCFS, First Come First Serve)
算法思想 主要从“公平”的角度考虑(类似于我们生活中排队买东西的例子)算法规则 按照作业/进程到达的先后顺序进行服务用于作业/进程调度 用于作业调度时，考虑的是哪个作业先到达后备队列;用于进程调度时，考虑的是哪个进程先到达就绪队列是否可抢占? 非抢占式的算法优缺点 优点:公平、算法实现简单 缺点:排在长作业(进程)后面的短作业需要等待很长时间，带权周转时间很大，对短作业来说用户体验不好。即，FCFS算法对长作业有利，对短作业不利是否会导致饥饿 不会b、短作业优先(SJF, Shortest Job First )
算法思想 追求最少的平均等待时间，最少的平均周转时间、最少的平均带权周转时间算法规则 最短的作业/进程优先得到服务(所谓“最短”，是指要求服务时间最短)用于作业/进程调度 既可用于作业调度，也可用于进程调度。用于进程调度时称为“短进程优先(SPF, Shortest Process First)算法”是否可抢占? SJF和SPF是非抢占式的算法。但是也有抢占式的版本–最短剩余时间优先算法(SRTN, Shortest Remaining Time Next)优缺点 优点:“ 最短的”平均等待时间、平均周转时间 缺点:不公平。对短作业有利，对长作业不利。可能产生饥饿现象。另外，作业/进程的运行时间是由用户提供的，并不一定真实，不一定能做到真正的短作业优先是否会导致饥饿 会。如果源源不断地有短作业/进程到来，可能使长作业/进程长时间得不到服务，产生“饥饿”现象。如果一直得不到服务，则称为“饿死”c、高响应比优先(HRRN, Highest Response Ratio Next)
算法思想 要综合考虑作业/进程的等待时间和要求服务的时间
算法规则 在每次调度时先计算各个作业/进程的响应比，选择响应比最高的作业/进程为其服务
用于作业/进程调度 既可用 于作业调度，也可用于进程调度
是否可抢占? 非抢占式的算法。因此只有当前运行的作业/进程主动放弃处理机时，才需要调度，才需要计算响应比
优缺点 综合考虑了等待时间和运行时间(要求服务时间) 等待时间相同时，要求服务时间短的优先(SJF 的优点) 要求服务时间相同时，等待时间长的优先(FCFS 的优点) 对于长作业来说，随着等待时间越来越久，其响应比也会越来越大，从而避免了长作业饥饿的问题
是否会导致饥饿 不会
三者比较：
a、时间片轮转调度算法(RR)
算法思想 公平地、轮流地为各个进程服务，让每个进程在一-定时间间隔内都可以得到响应算法规则 按照各进程到达就绪队列的顺序，轮流让各个进程执行一一个时间片(如100ms)。若进程未在一个时间片内执行完，则剥夺处理机，将进程重新放到就绪队列队尾重新排队。用于作业/进程调度 用于进程调度(只有作业放入内存建立了相应的进程后，才能被分配处理机时间片)是否可抢占? 若进程未能在时间片内运行完，将被强行剥夺处理机使用权，因此时间片轮转调度算法属于抢占式的算法。由时钟装置发出时钟中断来通知CPU时间片已到优缺点 优点:公平:响应快，适用于分时操作系统: 缺点:由于高频率的进程切换，因此有一定开销; 不区分任务的紧急程度。是否会导致饥饿 不会b、优先级调度算法
算法思想 随着计算机的发展，特别是实时操作系统的出现，越来越多的应用场景需要根据任务的紧急程度来决定处理顺序算法规则 调度时选择优先级最高的作业/进程用于作业/进程调度 既可用于作业调度，也可用于进程调度。甚至，还会用于在之后会学习的I/O调度中是否可抢占? 抢占式、非抢占式都有。区别在于:非抢占式只需在进程主动放弃处理机时进行调度即可，而抢占式还需在就绪队列变化时，检查是否会发生抢占。优缺点 优点:用优先级区分紧急程度、重要程度，适用于实时操作系统。可灵活地调整对各种作业/进程的偏好程度。 缺点:若源源不断地有高优先级进程到来，则可能导致饥饿是否会导致饥饿 会c、多级反馈队列调度算法
算法思想 对其他调度算法的折中权衡算法规则 设置多级就绪队列，各级队列优先级从高到低，时间片从小到大新进程到达时先进入第1级队列，按FCFS原则排队等待被分配时间片，若用完时间片进程还未结束，则进程进入下一级队列队尾。如果此时已经是在最下级的队列，则重新放回该队列队尾只有第k级队列为空时，才会为k+1级队头的进程分配时间片 用于作业/进程调度 用于进程调度是否可抢占? 抢占式的算法。在k级队列的进程运行过程中，若更上级的队列(1~k-1级)中进入了一个新进程，则由于新进程处于优先级更高的队列中，因此新进程会抢占处理机，原来运行的进程放回k级队列队尾。优缺点 对各类型进程相对公平(FCFS的优点) ;每个新到达的进程都可以很快就得到响应(RR的优点) ;短进程只用较少的时间就可完成(SPF的优点) :不必实现估计进程的运行时间(避免用户作假) ;可灵活地调整对各类进程的偏好程度，比如CPU密集型进程、I/O密集型进程(拓展:可以将因I/O而阻塞的进程重新放回原队列，这样I/O型进程就可以保持较高优先级)是否会导致饥饿 会三者比较和总结：
