进程通信与调度机制 - 操作系统课件解析

“具有高/低级模型的就绪队列-操作系统课件-新第03章_02（大连理工大学第三版）” 在操作系统中，进程管理是核心功能之一，特别是涉及到进程调度和通信的部分。本文将详细解释这些概念。 首先，我们关注的是“具有高/低级模型”的就绪队列。在操作系统中，就绪队列是保存所有已准备执行但尚未分配到CPU的进程的地方。这些进程等待被调度执行。高/低级模型可能指的是不同级别的调度策略。在多道程序设计环境中，由于处理机数量有限，进程之间需要通过调度来公平地分享计算资源。调度分为高级调度、中级调度和低级调度： 1. 高级调度（High-Level Scheduling），也称为作业调度，主要负责从外存的后备队列中选择一个或多个作业，将其调入内存，并创建相应的进程，放入就绪队列。这个过程通常基于一定的作业调度算法，如FCFS（先来先服务）、短作业优先等。 2. 中级调度（Intermediate Level Scheduling），其主要目标是实现进程的换出与换入，以提高内存利用率和系统效率。当内存资源紧张时，中级调度会将部分进程从内存换出到外存，释放内存空间，待需要时再换入。 3. 低级调度（Low-Level Scheduling），也称为进程调度，是最频繁进行的调度，它负责从就绪队列中选择一个进程，将其分配给当前空闲的CPU，使其执行。低级调度通常采用更快速的算法，如轮转法、优先级调度等。 接下来，我们讨论进程通信（IPC，Inter-Process Communication）。并发进程为了协作，必须交换信息。根据信息交换量的大小，通信可以分为低级通信和高级通信： - 低级通信：涉及少量信息的交换，例如通过共享变量或信号量进行简单的同步操作。 - 高级通信：涉及大量数据交换，包括共享存储器系统、消息传递系统和共享文件方式（如管道通信）。在高级通信中，进程可以直接交换复杂的数据结构或大量数据。 在高级通信中，有以下三种主要方式： 1. 共享存储器系统：进程通过共享一段内存区域来交换信息，这种方式直接且高效，但需要良好的同步机制防止数据冲突。 2. 消息传递系统：进程通过发送和接收消息进行通信，提供了更高的灵活性和安全性，但也可能引入额外的开销。 3. 共享文件方式（如管道通信）：进程通过读写同一文件来交换数据，适合于大容量数据交换，但速度相对较慢。 了解了这些基本概念后，我们可以更好地理解操作系统如何管理和协调进程的执行，以及进程如何有效地交换信息，以实现并发环境中的协作。在实际应用中，合理选择和使用不同的调度策略和通信方式，对于优化系统性能和提高用户满意度至关重要。