早期的计算机：各程序只能串行执行，系统资源利用率低。为了解决这个问题，人们发明了操作系统，引入中断机制，实现了多道程序并发执行。发生中断就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。
1、过程
CPU收到计时部件发出的中断信号，切换为核心态对中断进行处理。
2、
当中断发生时，CPU会立即进入核心态
当中断发生后，当前运行的进程暂停运行，并由操作系统内核对中断进行处理
对于不同的中断信号，会进行不同的处理
发生了中断，就意味着需要操作系统介入，开展管理工作。由于操作系统的管理工作（比如进程切换，分配I/O设备等）需要使用特权指令，因此CPU要从用户态转换为核心态。中断可以使CPU从用户态转换为核心态，使操作系统获得计算机的控制权。有了中断，才能实现多道程序并发执行。
3、用户态、核心态之间的切换是怎么实现的？
答：用户态->核心态是通过中断实现的。并且中断是唯一的途径。核心态->用户态的切换是通过执行某个特权指令，将程序状态字（PSW）的标志位设置为用户态。
4、中断的分类
内中断（信号来源：CPU内部与当前执行的指令有关）（异常、例外、陷入）：
外中断：
1、进程的定义
程序：就是一个指令序列，早期的计算机（只支持单道程序）；
2、内存中同时放入多道程序，各个程序的代码、运算数据存放的位置不同，操作系统要怎样才能找到程序的存放位置呢？
系统为每个运行的程序配置一个数据结构，称为进程控制块（PCB），用来描述进程的各种信息（例如程序代码存放位置等。）引入多道程序技术之后，为了方便操作系统管理，完成各程序并发执行，引入了进程、进程实体的概念。PCB、程序段、数据段三部分构成了进程实体。
程序段、数据段、PCB三部分组成了进程实体（进程映像）。一般情况下，我们把进程实体就简称为进程，例如，所谓创建进程，实质上就是创建进程实体中的PCB，而撤销进程，实质上是撤销进程实体中的PCB。
程序段：程序代码
数据段：程序运行时使用，产生的运算数据、如全局变量、局部变量、宏定义的常量，就存放在数据段内。
3、从不同的角度，程序可以有不同的定义
1.进程是程序的一次执行
2.进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所发生的活动
3.进程是具有独立功能的程序在数据集合上运行的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
4、引入进程实体的概念之后，可以把进程定义为：
进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
注：严格来说，进程实体和进程并不一样，进程实体是静态的，进程是动态的。不过，除非题目专门考察两者区别，否则可以认为进程实体就是进程。因此我们也可以说“进程由程序段、数据段、PCB三部分组成。”
5、进程的组成
进程实体：程序段、数据段、PCB
PCB：
程序段：存放要执行的代码
数据段：存放程序运行过程中处理的各种数据
5、进程的组织
在一个系统中，通常有数十、数百乃至数千个PCB，为了能对他们加以有效的管理，应当用适当的方式将他们组织起来。
注：进程的组成讨论的是一个进程内部由哪些部分构成的问题，而进程的组织讨论的是多个进程之间的组织方式问题。
进程的组织方式：
进程状态：运行态、就绪态、阻塞态
6、进程的特征
进程和程序是两个截然不同的概念，相比于程序，进程拥有以下特征：
动态性：进程是程序的依次执行，是动态地产生、变化和消亡的。
并发性：内存中有多个进程实体，各个进程可以并发执行
独立性：进程是能独立运行、独立获得资源、独立接受调度的基本单位
异步性：各进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进，操作系统要提供“进程同步机制”来解决异步问题。
结构性：每个进程都会配置一个PCB，结构上看，进程由程序段、数据段、PCB组成
进程是程序的一次执行，在这个执行过程中，有时候进程正在被CPU处理，有时又需要等待CPU服务，可以预见，进程的状态是会有各种变化的。为了方便对各个进程的管理，操作系统将进程合理的划分为几种状态。
1、三种基本状态：
2、另外两种状态
创建态：进程正在被创建，操作系统为进程分配资源，初始化PCB
终止态：进程正在从系统中撤销，操作系统回收进程拥有的资源，撤销PCB
3、进程状态的转换
创建态->就绪态：系统完成创建进程的一系列工作（操作系统为进程分配资源，初始化PCB）
就绪态->运行态：进程被调度
运行态->就绪态：时间片到，或者处理机被抢占
运行态->阻塞态：进程用系统调用的方式申请某种系统资源，或者请求等待某个事件发生
运行态->阻塞态是进程自身做出的主动行为
阻塞态->就绪态：申请的资源被分配，或者等待的事件发生
阻塞态->就绪态不是进程自身控制的，是一种被动行为。
注意：不能由阻塞态直接转换成为运行态，也不能由就绪态直接转换为阻塞态。（因为进入阻塞态是进程主动请求的，必然要求进程在运行的时候才能发出这种请求）
1、
创建进程：需要初始化PCB，分配系统资源。
创建态->就绪态：需要修改PCB内容和相应的队列
就绪态->运行态：需要恢复进程运行环境，修改PCB内容和相应队列
运行态->终止态：需要回收进程资源，撤销PCB
运行态->就绪态：进程切换，需要保存进程运行环境、修改PCB内容和响应队列
运行态->阻塞态：需要保存进程运行环境，修改PCB内容和相应队列
阻塞态->就绪态：需要修改PCB内容和响应队列，如果等待的是资源，还需要为进程分配系统资源。
用原语实现进程控制。原语的特点是执行期间不允许中断，只能一气呵成。
这种不可被中断的操作即原子操作。
原语采用关中断指令和开中断指令实现。
原语：
显然：关/开中断的权限非常大，必然是在核心态下执行的特权指令。
原语所作的事情：
1.更新PCB中的信息
2.将PCB插入合适的队列
3.分配/回收资源
顾名思义：进程通信就是指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是必须实现的，为了保证进程之间的安全通信，操作系统提供了一些方法。
进程通信：
基于数据结构的共享：比如共享空间内只能放一个长度为10的数组，这种共享方式速度慢、限制多、是一种低级通信方式。
基于存储区的共享：在内存中画出一块共享存储区，数据的形式、存放位置都由进程控制，而不是操作系统，相比之下，这种共享方式速度更快，是一种高级通信方式。
两个进程对共享空间的访问必然是互斥的（互斥访问通过操作系统提供的工具实现）。操作系统只负责提供共享空间和同步互斥工具（如P、V操作）。
管道是用于连接读写进程的一个共享文件，又名pipe文件，其实就是在内存中开辟一个大小固定的缓冲区。
1.管道只能采用半双工通信，某一时间段内只能实现单向的传输。如果要实现双向同时通信，则需要设置两个管道。
2.各进程要互斥地访问管道
3.数据以字符流的形式写入管道，当管道写满时，写进程的write()系统调用将被阻塞，等待进程将数据取走，当读进程将数据全部取走之后，管道变空，此时读进程的read()系统调用将被阻塞。
进程间的数据交换以格式化的信息为单位。进程通过操作系统提供的“发送消息、接收消息”两个原语进行数据交换。
有的进程需要同时做很多事情，而传统的进程只能串行地执行一系列程序。为此引入了线程，来增加并发度。
传统的进程是程序执行流的最小单元。引入了线程之后，线程成为了程序执行的最小单元。
可以把线程理解为“轻量级进程”。线程是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行流的最小单位。引入线程之后，不仅是进程之间可以并发，进程内的各线程之间也可以并发。从而进一步提升了系统的并发度，使得一个进程内也可以并发处理各种任务（如QQ、视频、文字聊天、传文件等）。
引入线程后，进程只作为除CPU之外的系统资源的分配单元（如打印机、内存地址空间等都是分配给进程的）。
带来的变化：
1）用户级线程：用户级线程由应用程序通过线程库实现。所有的线程管理工作都由应用程序负责（包括线程切换），用户级线程中，线程切换可以在用户态下即可完成，无需操作系统干预。在用户看来，是有多个线程，但是在操作系统看来。并不意识到线程的存在。（用户级线程对用户不透明，对操作系统透明）
2）内核级线程：内核级线程的管理工作由操作系统内核完成。线程调度、切换等工作都由内核负责，因此，内核级线程的切换必然需要在核心态下才能完成。可以这样理解，内核级线程就是从操作系统内核视角能看到的线程。
3）在同时支持用户级线程和内核级线程的系统中，可以采用两者组合的方式：将n个用户级线程映射到m个内核级线程上（n>=m）
重点：操作系统只看得见内核级线程，因此只有内核级线程才是处理机分配的单位。
多对一模型：多个用户及线程映射到一个内核级线程，每个用户进程只对应一个内核级线程。
优点：用户级线程的切换在用户空间即可以完成，不需要切换到核心态，线程管理的系统开销小，效率高。
缺点：当一个用户级线程被阻塞后，整个进程都会被阻塞，并发度不高。多个线程不可在多核处理机上并发运行。
一对一模型：一个用户级线程映射到一个内核级线程。每个用户进程有与用户级线程同数量的内核级线程。
优点：当一个线程被阻塞之后，别的线程还可以继续执行，并发能力强。多线程可以在多核CPU上并发执行。
缺点：一个用户进程会占用多个内核级线程，线程切换由操作系统内核完成，需要切换到核心态，因此线程管理的成本高，开销大。
多对多模型：n用户级线程映射到m级内核级线程（n>=m）。每个用户进程对应m个内核级线程。
克服了多对一模型并发度不高的缺点，又克服了一对一模型中一个用户进程占用太多内核级进程，开销太大的缺点。
当有一堆任务需要处理，但是由于资源有限，这些事情没办法同时处理。这就需要确定某种规则来决定处理这些任务的顺序，这就是调度要研究的问题。
在多道程序系统中，进程的数量往往是多于处理机的数量，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。
1、高级调度：
由于内存空间有限，无法将用户提交的全部作业放入内存，这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。按照一定的原则从外存上处于后备队列的作业中挑选一个作业，给他们分配内存等必要资源，并建立相应的进程（PCB），以使他们获得竞争处理机的权利。
高级调度是辅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，作业调出时必须撤销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，但是调出的时机必然是作业运行结束时才调出。
