进程的几种状态和调度方法

2023-10-22 09:20:04

进程的七状态模型

进程的基本状态：

（1）运行：已经获得必要的资源 占用处理机 处理机正在执行该进程

（2）就绪：进程等待分配CPU

（3）阻塞：等待某个事件

进程的几种状态和调度方法

  1. 运行——>就绪：1，主要是进程占用CPU的时间过长，时间片用完；

在采用抢先式优先级调度算法的系统中,当有更高优先级的进程要运行时，该进程就*让出CPU，该进程便由执行状态转变为就绪状态。

  1. 就绪——>运行：运行的进程的时间片用完，调度就转到就绪队列中选择合适的进程分配CPU

  2. 运行——>阻塞：正在执行的进程因发生某等待事件而无法执行，则进程由执行状态变为阻塞状态，如发生了I/O请求

  3. 阻塞——>就绪: 进程所等待的事件已经发生，就进入就绪队列

此时进程的五状态模型如下图所示：

进程的几种状态和调度方法

挂起状态

挂起状态（挂起态，suspend）：暂时被调到外存等待的进程状态称为挂起状态。挂起状态由可以进一步细分为 就绪挂起、阻塞挂起 俩种状态。

此时 进程的五状态模型成为七状态模型。如下图所示：

进程的几种状态和调度方法

在执行状态的进程通过挂起即可进入就绪状态，如图所示，就绪状态和阻塞状态都分为活动态和静止态。由活动态向静止态转换就是通过挂起实现的。

具有挂起状态的转换图

进程的几种状态和调度方法

在不少系统中进程只有上述五种状态，但在另一些系统中，又增加了一些新状态，最重要的是挂起状态。引入挂起状态的原因有：

(1) 终端用户的请求。当终端用户在自己的程序运行期间发现有可疑问题时，希望暂时使自己的程序静止下来。亦即，使正在执行的进程暂停执行；若此时用户进程正处于就绪状态而未执行，则该进程暂不接受调度，以便用户研究其执行情况或对程序进行修改。我们把这种静止状态称为挂起状态。 　

(2) 父进程请求。有时父进程希望挂起自己的某个子进程，以便考查和修改该子进程，或者协调各子进程间的活动。

(3) 负荷调节的需要。当实时系统中的工作负荷较重，已可能影响到对实时任务的控制时，可由系统把一些不重要的进程挂起，以保证系统能正常运行。

(4) 操作系统的需要。操作系统有时希望挂起某些进程，以便检查运行中的资源使用情况或进行记账。

创建状态

创建一个进程一般要通过一下两个两个步骤

(1) 为一个新进程创建PCB，并填写必要的管理信息.

(2) 把该进程转入就绪状态并插入就绪队列之中。

当一个新进程被创建时，系统已为其分配了PCB，填写了进程标识等信息，但由于该进程所必需的资源或其它信息，如主存资源尚未分配等，一般而言，此时的进程已拥有了自己PCB，但进程自身还未进入主存，即创建工作尚未完成，进程还不能被调度运行，其所处的状态就是创建状态。

引入创建状态，是为了保证进程的调度必须在创建工作完成后进行，以确保对进程控制块操作的完整性。同时，创建状态的引入，也增加了管理的灵活性，操作系统可以根据系统性能或主存容量的限制，推迟创建状态进程的提交。对于处于创建状态的进程，获得了其所必需的资源，以及对其PCB初始化工作完成后，进程状态便可由创建状态转入就绪状态。

终止状态

等待操作系统进行善后处理，然后将其PCB清零，并将PCB空间返还系统。

当一个进程到达了自然结束点，或是出现了无法克服的错误，或是被操作系统所终结，或是被其他有终止权的进程所终结，它将进入终止状态。

进入终止态的进程以后不能再执行，但在操作系统中依然保留一个记录，其中保存状态码和一些计时统计数据，供其它进程收集。一旦其它进程完成了对终止状态进程的信息提取之后，操作系统将删除该进程

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进程的调度算法：

1.先来先服务FCFS：该算法即可用于作业调度，也可用于进程调度

2.短作业优先/短进程优先 ：SJF/ SPF ：选择剩余时间最短的

3.优先权优先 FPF

4.时间片轮询法

线程的6种状态及切换

Java中线程的状态分为6种。

  1. 初始(NEW)：新创建了一个线程对象，但还没有调用start()方法。
  2. 运行(RUNNABLE)：Java线程中将就绪（ready）和运行中（running）两种状态笼统的称为“运行”。
    线程对象创建后，其他线程(比如main线程）调用了该对象的start()方法。该状态的线程位于可运行线程池中，等待被线程调度选中，获取CPU的使用权，此时处于就绪状态（ready）。就绪状态的线程在获得CPU时间片后变为运行中状态（running）。
  3. 阻塞(BLOCKED)：表示线程阻塞于锁。
  4. 等待(WAITING)：进入该状态的线程需要等待其他线程做出一些特定动作（通知或中断）。
  5. 超时等待(TIMED_WAITING)：该状态不同于WAITING，它可以在指定的时间后自行返回。
  6. 终止(TERMINATED)：表示该线程已经执行完毕。

这6种状态定义在Thread类的State枚举中，可查看源码进行一一对应。

线程的状态图

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状态详细说明

初始状态(NEW)

实现Runnable接口和继承Thread可以得到一个线程类，new一个实例出来，线程就进入了初始状态。

就绪状态(RUNNABLE之READY)

  1. 就绪状态只是说你资格运行，调度程序没有挑选到你，你就永远是就绪状态。
  2. 调用线程的start()方法，此线程进入就绪状态。
  3. 当前线程sleep()方法结束，其他线程join()结束，等待用户输入完毕，某个线程拿到对象锁，这些线程也将进入就绪状态。
  4. 当前线程时间片用完了，调用当前线程的yield()方法，当前线程进入就绪状态。
  5. 锁池里的线程拿到对象锁后，进入就绪状态。

运行中状态(RUNNABLE之RUNNING)

线程调度程序从可运行池中选择一个线程作为当前线程时线程所处的状态。这也是线程进入运行状态的唯一的一种方式。

阻塞状态(BLOCKED)

阻塞状态是线程阻塞在进入synchronized关键字修饰的方法或代码块(获取锁)时的状态。

等待(WAITING)

处于这种状态的线程不会被分配CPU执行时间，它们要等待被显式地唤醒，否则会处于无限期等待的状态。

超时等待(TIMED_WAITING)

处于这种状态的线程不会被分配CPU执行时间，不过无须无限期等待被其他线程显示地唤醒，在达到一定时间后它们会自动唤醒。

终止状态(TERMINATED)

  1. 当线程的run()方法完成时，或者主线程的main()方法完成时，我们就认为它终止了。这个线程对象也许是活的，但是它已经不是一个单独执行的线程。线程一旦终止了，就不能复生。

  2. 在一个终止的线程上调用start()方法，会抛出java.lang.IllegalThreadStateException异常。

等待队列

  • 调用obj的wait(), notify()方法前，必须获得obj锁，也就是必须写在synchronized(obj) 代码段内。

  • 与等待队列相关的步骤和图

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  1. 线程1获取对象A的锁，正在使用对象A。
  2. 线程1调用对象A的wait()方法。
  3. 线程1释放对象A的锁，并马上进入等待队列。
  4. 锁池里面的对象争抢对象A的锁。
  5. 线程5获得对象A的锁，进入synchronized块，使用对象A。
  6. 线程5调用对象A的notifyAll()方法，唤醒所有线程，所有线程进入同步队列。若线程5调用对象A的notify()方法，则唤醒一个线程，不知道会唤醒谁，被唤醒的那个线程进入同步队列。
  7. notifyAll()方法所在synchronized结束，线程5释放对象A的锁。
  8. 同步队列的线程争抢对象锁，但线程1什么时候能抢到就不知道了。

同步队列状态

  • 当前线程想调用对象A的同步方法时，发现对象A的锁被别的线程占有，此时当前线程进入同步队列。简言之，同步队列里面放的都是想争夺对象锁的线程。
  • 当一个线程1被另外一个线程2唤醒时，1线程进入同步队列，去争夺对象锁。
  • 同步队列是在同步的环境下才有的概念，一个对象对应一个同步队列。
  • 线程等待时间到了或被notify/notifyAll唤醒后，会进入同步队列竞争锁，如果获得锁，进入RUNNABLE状态，否则进入BLOCKED状态等待获取锁。

几个方法的比较

  1. Thread.sleep(long millis)，一定是当前线程调用此方法，当前线程进入TIMED_WAITING状态，但不释放对象锁，millis后线程自动苏醒进入就绪状态。作用：给其它线程执行机会的最佳方式。

  2. Thread.yield()，一定是当前线程调用此方法，当前线程放弃获取的CPU时间片，但不释放锁资源，由运行状态变为就绪状态，让OS再次选择线程。作用：让相同优先级的线程轮流执行，但并不保证一定会轮流执行。实际中无法保证yield()达到让步目的，因为让步的线程还有可能被线程调度程序再次选中。

    Thread.yield()不会导致阻塞。该方法与sleep()类似，只是不能由用户指定暂停多长时间。

  3. thread.join()/thread.join(long millis)，当前线程里调用其它线程t的join方法，当前线程进入WAITING/TIMED_WAITING状态，当前线程不会释放已经持有的对象锁。线程t执行完毕或者millis时间到，当前线程一般情况下进入RUNNABLE状态，也有可能进入BLOCKED状态（因为join是基于wait实现的）。

  4. obj.wait()，当前线程调用对象的wait()方法，当前线程释放对象锁，进入等待队列。依靠notify()/notifyAll()唤醒或者wait(long timeout) timeout时间到自动唤醒

  5. obj.notify()唤醒在此对象监视器上等待的单个线程，选择是任意性的。notifyAll()唤醒在此对象监视器上等待的所有线程。

  6. LockSupport.park()/LockSupport.parkNanos(long nanos),LockSupport.parkUntil(long deadlines), 当前线程进入WAITING/TIMED_WAITING状态。

    对比wait方法,不需要获得锁就可以让线程进入WAITING/TIMED_WAITING状态，需要通过LockSupport.unpark(Thread thread)唤醒。

注意点

? 等待队列里许许多多的线程都wait()在一个对象上，此时某一线程调用了对象的notify()方法，那唤醒的到底是哪个线程？随机？队列FIFO？or sth else？

Java文档就简单的写了句：选择是任意性的（The choice is arbitrary and occurs at the discretion of the implementation）。

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