分布式操作系统-多线程.
多线程的四种实现方式
多线程的四种实现方式
多线程是指在一个进程中同时运行多个线程，以提高程序的运行
效率。
多线程的实现方式有以下四种：
1. 继承Thread类
通过继承Thread类，重写run方法来实现多线程。
可以通过创
建Thread对象并调用start方法来启动线程。
2. 实现Runnable接口
通过实现Runnable接口，重写run方法来实现多线程。
可以通
过创建Thread对象并将Runnable对象传递给其构造函数来启动线程。
3. 实现Callable接口
通过实现Callable接口，重写call方法来实现多线程。
可以通
过创建FutureTask对象并将Callable对象传递给其构造函数来启动
线程。
4. 线程池
线程池可以提高线程的使用效率，避免线程频繁创建和销毁的开销。
可以通过ThreadPoolExecutor类来创建线程池，可以指定线程池
的大小、工作队列以及拒绝策略等参数。
多线程实现的原理
多线程实现的原理多线程主要是为了提高计算机程序的执行效率，它可以使程序同时进行多个任务，而不像单线程一样需要等待当前的任务完成以后才能执行下一个任务。
多线程是一种并发编程技术，许多编程语言都支持多线程编程，例如Java、Python等。
多线程实现的基本原理是利用CPU的时间片轮转算法，CPU可以快速地在多个线程之间进行切换，从而实现多个线程同时执行的效果。
接下来，我们将分步骤阐述多线程实现的原理：1. 线程的创建：在程序开始运行时，创建一个主线程。
如果需要使用多线程，可以在主线程内创建多个子线程。
2. 线程的调度：每个线程都会被分配一个时间片，当某个线程的时间片用完时，操作系统会将该线程置于等待状态，同时将 CPU 分配给其他线程。
等待状态的线程会进入操作系统的等待队列等待下一次执行。
3. 线程的同步：多个线程之间要共享数据，就需要进行线程同步。
线程同步可以通过互斥锁、信号量、条件变量等方式进行实现。
4. 线程的销毁：线程的结束是由操作系统负责的。
当某个线程完成任务后，操作系统会将该线程从运行状态转变为终止状态，并清除该线程占用的系统资源。
5. 线程的优先级：每个线程都有一个优先级，优先级较高的线程会先被执行。
线程的优先级可以通过设置线程优先级的方式进行调整。
总结起来，多线程实现的原理就是利用操作系统的时间片轮转算法实现线程的调度。
多个线程之间共享数据需要进行线程同步，线程的创建和销毁由操作系统负责。
线程的优先级可以通过设置线程优先级的方式进行调整。
在实际的程序开发中，多线程可以提高程序的执行效率，但也需要注意线程安全的问题，避免发生数据竞争等问题。
因此，在使用多线程时需要仔细考虑线程的同步与锁的使用，以确保程序的正确性和稳定性。
计算机操作系统有哪几种分类
计算机操作系统有哪几种分类目前操作系统种类繁多，关于计算机的操作系统又分为哪几种呢?下面由小编为大家搜集整理了计算机操作系统有哪些分类的相关知识，希望对大家有帮助!计算机操作系统有哪些分类计算机操作系统分类一根据操作系统的使用环境和对作业处理方式来考虑，可分为批处理系统(MVX、DOS/VSE)、分时系统(WINDOWS、UNIX、XENIX、Mac OS)、实时系统(iEMX、VRTX、RTOS,RT Linux);计算机操作系统分类二根据所支持的用户数目，可分为单用户(MSDOS、OS/2)、多用户系统(UNIX、MVS、Windows);计算机操作系统分类三根据硬件结构，可分为网络操作系统(Netware、Windows NT、OS/2 warp)、分布式系统(Amoeba)、多媒体系统(Amiga)等。
操作系统的五大类型是：批处理操作系统、分时操作系统、实时操作系统、网络操作系统、分布式操作系统。
扩展资料：常见的计算机操作系统简介CP/MCP/M其实就是第一个微机操作系统，享有指挥主机、内存、磁鼓、磁带、磁盘、打印机等硬设备的特权。
通过控制总线上的程序和数据，操作系统有条不紊地执行着人们的指令……主设计人：Gary Kildall博士出现年月：1974年>>>>>详细内容MS-DOSDOS系统是1981年由微软公司为IBM个人电脑开发的，即MS-DOS。
它是一个单用户单任务的操作系统。
在1985年到1995年间DOS占据操作系统的统治地位。
主设计人：Tim Paterson出现年月：1981年>>>>>详细内容特点文件管理方便外设支持良好小巧灵活应用程序众多WindowsWindows是一个为个人电脑和服务器用户设计的操作系统。
分布式操作系统
分布式操作系统的设计方法
基于云计算
利用云计算技术，将系统资源、数据和服务进行 集中管理和调度，以实现资源的动态分配和共享 。
基于分布式数据库
采用分布式数据库系统，实现数据的分布式存储 和处理，提高系统的并发性能和可扩展性。
基于容错性
通过冗余设计和故障检测与恢复机制，保证系统 的高可用性和稳定性。
基于分布式计算
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安全审计
记录并分析系统运行过程中的安全 事件，及时发现并阻止潜在的安全 威胁。
04
分布式操作系统的应用场景和领域
分布式操作系统应用场景
数据中心
工业控制
分布式操作系统可以应用于数据中心，提供 高效、可靠、安全的数据处理和分析能力。
在工业控制领域，分布式操作系统可以支持 智能制造、工业物联网等应用场景。
采用分布式计算模型，如MapReduce、Spark等 ，实现大规模数据的并行处理和计算任务的分布 式执行。
分布式操作系统的关键技术
通信协议
为保证系统各个节点之间的可靠通信，需 设计并实现高效、安全的通信协议。
故障恢复
通过冗余设计、备份和恢复机制，快速恢 复系统正常运行。
数据一致性
通过数据复制、同步和事务处理等技术， 保证系统数据的实时性和一致性。
高可用性
分布式操作系统可以容忍部分节点 的故障，保证系统整体的可用性和 稳定性。
灵活性
分布式操作系统可以根据需求灵活 地配置和管理资源，满足多样化的 应用需求。
可维护性
分布式操作系统通常具有友好的用 户界面和易于理解的系统结构，方 便管理员进行维护和管理。
03
分布式操作系统的设计和实现
分布式操作系统设计原则
分布式操作系统的定义
分布式操作系统的定义1、分布式操作系统定义分布式操作系统首先是一个操作系统，操作系统承担2个角色：管理者和魔术师，就是管理硬件CPU 、mem、磁盘、网络、I/O 等，让用户程序可以最简单的利用计算机的硬件，但不用care 具体的细节，直接调用API 进行使用即可;操作系统还管理着计算机的资源，对进程、线程进行分配资源。
分布式操作系统然后是一个分布式：通过多台计算机的硬件实现数据分布到多台机器的磁盘【程序运行时加载到内存】、通过多台计算机的CPU 完成分布式计算【计算就保护内存计算、网络通信】;最后通过网路通信把计算的结果有组织、有顺序的收集并merger 成最终的结果。
分布式操作系统的基本理解：多台物理机器的结合【意味着:每台机器都有CPU、mem、disk、trafic等硬件资源】分布式操作系统让多台物理机器的设备计算资源、存储资源、网络资源有效结合起来，共同完成一个大的task的软件操作系统数据共享、设备共享、网络通信、灵活性分布式操作系统的意义：简单的pc 服务器比大型计算机的成本低，用多台PC 服务器来完成大型计算机的功能;但成本比大型计算机低很多;而且集群规模越大，相对成功就越低现实中很多应用场景都是分布式的，所以分布式操作系统来实现解决方案时更加友好分布式是多台机器的协同作战，团队作战的效率比大型机器在很多场景下要高但分布式操作系统也是一个整合数以万台的集群的巨无霸型软件系统，复杂性也跟操作系统一样大大的复杂!2. 分布式操作系统的理解分布式操作系统从2个方面来理解：一个是分布式，一个是操作系统分布式：就是计算、存储不在同一台处理机上，而是分布式多台处理机上操作系统：就是我们平常在单台物理机器上的操作系统，是一个功能强大、稳定的巨大软件系统所以分布式操作系统可大可小，比如一个处理mysql 分库分表的中间件、一个自带分库分表的数据库mongodb，一个搜索引擎倒排、正派索引太大存放在多台机器都一个是分布式操作系统;再到几千上万台的大数据计算平台hadoop 集群;或者是提供计算、存储、运维、监控等一整套解决方案都是分布式操作系统。
多线程的线程池工作原理
多线程的线程池工作原理
线程池可以被视为一组可重用的线程，类似于任务队列，其主要目的是为降低线程创建和销毁的开销以及资源占用而设计的一种技术方案。
其工作原理如下：
1. 初始化线程池。
线程池会在应用程序启动时根据设定的参数（例如最大线程数，最小线程数等）来创建一数量固定的线程集合，并将每个线程标记为“空闲状态”。
2. 等待任务请求。
当有任务请求到来时，线程池会先检查是否有“空闲状态”的线程可供使用。
若有，则将任务分配到其中一个“空闲状态”的线程中，并将该线程标记为“忙碌状态”。
若没有，则等待一段时间（例如1秒），直至有“空闲状态”的线程出现。
3. 执行任务。
线程开始执行任务，在执行期间，它可能需要访问某些共享资源，例如数据库连接池、网络连接等等。
4. 返回结果。
任务执行完成后，线程将结果返回给调用者，并将自己标记为“空闲状态”，等待下一个任务的到来。
5. 线程池销毁。
当不再需要线程池时，可以手动销毁线程池。
线程池会将其内部的所有线程销毁，并释放其占用的资源。
操作系统的四大特性
操作系统的四大特性xx年xx月xx日CATALOGUE目录•操作系统的四大特性概述•四大特性之并发性•四大特性之共享性•四大特性之虚拟性•四大特性之异步性•操作系统的其他特性01操作系统的四大特性概述四大特性的定义指操作系统可以同时处理多个任务或事件，包括同时执行多个程序、访问同一资源等。
并发性指操作系统提供资源（如CPU、内存、I/O 设备等）共享，多个程序可以同时使用这些资源，提高了资源利用率。
共享性指操作系统通过技术手段将真实实体（如CPU、内存等）表现为逻辑实体（如进程、地址空间等），以满足用户的需求。
虚拟性指在多道程序环境下，允许多个程序并发执行，但由于资源有限，进程的执行顺序和执行时间是不确定的。
异步性实现多任务并行处理，提高计算机系统的效率。
并发性实现资源共享，减少资源浪费，提高资源利用率。
共享性提高系统的可靠性、可用性和可维护性，以及为用户提供更加便利的界面和交互。
虚拟性充分发挥多道程序并发执行的优点，提高CPU和I/O设备的利用率。
异步性四大特性在操作系统中的作用手工操作阶段早期计算机系统操作是手工的，包括穿孔纸带、指令输入等。
出现批处理操作系统，可以将一批作业一次性输入计算机，提高计算机的使用效率。
随着计算机应用领域的不断扩大，出现了分时和实时操作系统，可以同时处理多个用户请求，并且按照规定的时间完成用户请求。
随着计算机网络的发展，出现了网络操作系统，可以管理网络中的各种资源，提供通信和信息服务。
随着大规模计算机系统和分布式应用的发展，出现了分布式操作系统，可以管理分布式系统中的多个计算机节点，实现任务协同完成。
操作系统发展的历史与现状批处理阶段网络操作系统分布式操作系统分时和实时系统02四大特性之并发性并发性是指操作系统可以同时处理多个任务或事件的能力，包括多个程序同时运行、多个设备同时访问、多个数据流同时传输等。
并发性是操作系统的重要特征之一，它可以提高系统的效率和响应速度，使得系统能够更好地满足用户的需求。
操作系统 题库 判断题
第一章计算机系统概论1.操作系统类似于计算机硬件和人类用户之间的接口。
答案：T。
2.处理器的一个主要功能是与内存交换数据。
答案：T。
3.一般用户对系统程序无障碍，对应用程序有障碍。
答案：F4.数据寄存器一般是通用的，但可能局限于像浮点数运算这样的特定任务。
T5.程序状态字（PSW）通常包含条件码等状态信息。
条件码是由程序员为操作结果设置的位。
答案：F6.一个单一的指令需要的处理称为执行周期。
答案：F（称为指令周期）7.取到的指令通常被存放在指令寄存器中（IR）。
答案：T8.中断是系统模块暂停处理器正常处理过程所采用的一种机制。
答案：T9.为适应中断产生的情况，必须在指令周期中增加一个额外的读取阶段。
F10.在处理器控制控制例行的中断处理器之前，需要储存的最少信息有程序状态字和当前指令地址。
答案：F11.多中断的一个处理方法是在处理一个中断时禁止再发生中断。
答案：T12.多道程序设计允许处理器使用长时间等待的中断处理的空闲时间。
答案：T13.在两级存取优先级中，命中率定义为对较慢存储器的访问次数与对所有存储器访问次数的比值。
答案：F14.高速缓冲存储器的开发利用了局部性原理，即在处理器与主存储器之间提供一个容量小而快速的存储器。
T15.在高速缓冲存储器的设计中，块大小与高速缓冲存储器和主存储器间的数据交换单位有关。
答案：T16.可编程I/O的一个主要问题是，处理器必须等到I/O模块准备完毕，并且在等待的过程中必须反复不停的检查I/O模块的状态。
答案：T第二章操作系统概述1．操作系统是控制应用程序执行的程序，并充当应用程序和计算机硬件之间的接口。
（对）2．在多用户系统中，操作系统管理那些用作重要目的的资源。
（对）3．操作系统通常在它的专用O/S处理器上并行应用程序。
（错）4．操作系统演化的动力之一就是基本硬件技术的进步。
（对）5. 早期的计算机中没有操作系统，用户直接与硬件打交道。
（对）6 在一个批处理系统，“control is passed to a job”意味着处理器正在取指令和执行用户程序。
操作系统复习题 (3)
6.在分布式操作系统设计中，一对多(线程对进程)的关系特别有意思,因为它涉及线程转移的概念. T
7.一个控制多处理器共享存储架构的不利条件就是对整个系统控制的降低.T
8.在对称多处理系统(SMP)中,每个处理器进入到各自独立的内存领域.F (还获得了内存共享)
第四章线程、对称多处理器和微内核
复习题：
1.操作系统的基本单位调度,通常称为一个轻量级线程或线程.T
2. MS-DOS操作系统是一个单一进程具有多线程的例子.F
3.在一个多线程环境,进程是单位资源配置和保护的单位.T
4.线程同步的概念是一个多线程系统所必需的,因为单一进程的线程共享进程的进程控制块(PCB). F(因为他们有着相同地址空间)
c在不同进程之间的转换比在同一进程下的不同线程间转换花的时间少
d以上所有
4.线程基本状态发生变化,需要等待一个事件时称为: C
A．就绪状态
B．运行状态
C．阻塞状态
D．都不是
5.用户级线程(ULTs)和内核级线程(KLTs)相比一个弊端,是:B
A.调度请求准确
B．当一个ULT执行一个系统调用,进程中所有的线程都被阻塞
C．对称多处理技术
D．非以上所有
2.是实行单一制的多线程程序是:C
A．WIN 2000
B．Solaris
C．Java
D．All of the above
3.以下哪个是关于进程和线程的正确的关系:A
a.在现有的进程下创建线程要比建一个新进程下创建线程花的时间要少得多.
b终止一个进程要比一个线程花的时间长
操作系统期末概念重点
入/输出中断。 ·处理机通常在执行完一条指令后，硬件的中断装置立即检查有无中断事件发生。 ·简单的中断服务例程：中断响应->撤销该中断源的请求->关中断->保存断点，保护现场-> 屏蔽更低级的中断请求->开中断->中断服务->关中断->恢复现场，恢复原来屏蔽->开中断-> 返回断点
第三章： ·一切按顺序执行的程序都具有下列特性：1：顺序性 2：封闭性 3：可再现性。 ·Bernstein 提出了程序(语句)间可以并发执行的条件：R(Si)读集合,W(Si)写集合。同时满足 下面三个条件：R(Si)∩W(Sj)={}；W(Si)∩R(Sj)={}；W(Si)∩W(Sj)={}； ·程序的并发执行的特点：程序执行的间断（异步）性；资源分配的动态性；程序并发执行 的相互制约性；相互通信的可能性；同步与互斥的必要性。 ·进程是一个具有一定独立功能的程序在一个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。 ·进程状态图（书 54） ·系统要为每个进程设置一种数据结构----进程控制块（PCB）来描述进程。操作系统能感 知进程存在的唯一标志就是进程控制块，她和进程是一一对应的。 ·进程控制块通常包含如下主要内容：进程的标识信息，处理机状态信息，进程调度和状态 信息，进程的控制信息。 ·进程控制，就是系统使用一些具有特定功能的程序段来创造进程、撤销进程或完成进程各 种状态间的转换，从而达到多进程并发执行时实现资源共享和协调并发进程间的关系。 ·具有挂起状态的进程状态转换模型（书 62） ·进程就有两个显著特点：资源、分配的实体；调度分派的实体。 ·进程：资源的分配。线程：处理机的调度。
第一章： ·操作系统，简称 os，是计算机系统中最基本和最重要的系统软件，是其他软件的支撑软 件。它管理计算机系统资源，并通过这种管理为用户使用计算机提供公共的和基本的服务， 从而成为用户与计算机之间的借口。 ·操作系统是软件不是硬件。 ·操作系统可分为几个部分：存储管理、CPU 调度（即处理机管理）、设备管理和文件系统。 ·操作系统的发展过程：人工操作阶段、单道批处理阶段、执行系统阶段、多道程序系统阶 段。 ·操作系统的功能：用户接口、处理机管理、存储管理、设备管理、文件管理。 ·计算机操作系统可分为内核和外壳。操作系统的内核是实现操作系统最基本功能的程序模 块的集合，在机器的系统态下运行；操作系统的外壳，指的是运行在内核之上的、完成 OS 外层功能的程序，它们运行在机器的用户态下，是一种开放式结构，其功能可方便地修改或 增删。 ·操作系统的 4 个基本特征：并发、虚拟、共享、不确定性。
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缺点：如果内核是单线程的，那么任何用户级 线程执行一个阻塞系统调用将引起整个进程阻塞，即 便其它线程在该应用程序中是可运行的。
内核级线程：
由操作系统直接支持：内核负责在内核空间执 行线程创建、调度和管理。
线程之间的阻塞相互独立（既一个线程执行阻 塞系统调用时，内核可以调度进程里的其它线程执 行）。
传统的进程概念有两个严重的局限性。首先许多 应用想并发执行彼此间独立的任务，但又必须要共享 一个公共的地址空间和其他资源。但传统的进程概念 对它们以上的要求难以支持，往往把这些应用中的独 立的任务串行化，效率很低。其次传统的进程不能很 好地利用多处理器系统。因为一个进程在某个时刻只 能使用一个处理器。一个应用固然可以创建多个进程， 并把它们分到多个处理器上执行，但如何做到使用相 同的地址空间和资源？这些促使人们引起线程机制。
分布式操作系统
——分布式系统中的进程和处理机
线程与多线程
在单用户多任务的计算机中，如同在 Windows NT 中那样，除进程外，引入了 一 个新概念 ––– 线程 (thread)。对象、线程和进 程三者构成Windows NT 操作系统基本元成分。 线种概念在微型机多任务系统中十分重要。
进程在运行中要提出访问管理程序(系统调用) 的要求，例如提出I/O要求，也可能由于时钟而打断 了当前进程的运行，而调度其他就绪进程运行，也 就是经常会有进程开关问题。另外还有两次模式开 关(用户模式内核模式用户模式)的开销。所有这 些开销的总和，在一定程度上降低了并发进程所带 来的利益。
所以我们可以看出线程的重要优点：
1、在一个已有进程中创建一个新线程比创 建一个全新进程所需的时间少。
2、终止一个线程比终止一个进程花费的时 间少。
3、线程间切换比进程间切换花费的时间少。
4、线程提高了不同的执行程序间通信的效 率。在大多数操作系统中，独立进程间的通信需 要内核的干涉，以提供保护和通信所需要的机制。 但是，由于在同一个进程中的线程共享存储空间 和文件，它们无需调用内核就可以互相通信。
线程的概念
线程是进程内一个相对独立的、可调度的 执行单元。
根据线程定义可知线程有以下性质：
(1) 线程是进程内的一个相对独立的可执行单 元。
(2) 线程是操作系统中的基本调度单元，因此 线程中应包含有调度所需的必要信息。
(3) 由于线程是被调度的基本单元，而进程不 是调度的单元。所以每个进程在创建时，至少需 要同时为该进程创建一个线程。也就是说进程中 至少要有一个或一个以上线程，否则该进程无法 被调度执行。
更好的支持多CPU体系结构。
缺点：创建和管理比用户线程慢。
其它方案：
许多研究者都在尝试结合用户线程和内核线程 的长处，把两种线程结合起来，形成了三种多线程模 型：
多对一模型(m:1)
一对一模型(1:1)
多对多模型 (m:n)
基于线程的观点，可以把O.S.分为以下四类：
(1) 单进程和单线程系统
在这种操作系统中只有一个进程，而且每个进 程中只有一个线程。这种系统的代表是MS-DOS。也 可把单纯基于进程的操作系统看成是具有线程支，只 不过每 个进程中只有一个线程(进程也就是线程了)。
(4) 多进程和多线程系统
在这种操作系统中有多个进程。而且每个 进程有多个线程，是当前最为广泛的多线程操 作系统。现代操作系统如Windows NT等几乎都 是属于这种类型的。
实现一个线程包
有两种方法可以实现一个线程包：在用户空间 中和在内核中。对于这两种方法还存在一些争议，可 能会出现一种混合的方法，分别加以讨论
用户级线程：
用户线程在内核之上被支持，在用户层由一个 线程库实现。
该线程库为线程的创建、调度及管理提供支持， 而无需内核的支持。例如，UNIX并不支持线程，但 已经有了为它而写的各种各样的用户空间的线程包。
(4) 需要时，线程可以创建其他线程。
(5) 进程是被分给并拥有资源的基本单元，同 一进程内的多个线程共享该进程的资源。但线程 并不拥有资源，只是使用它们。
(6) 由于共享资源(包括数据和文件)，所 以线程间需要通信和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ步机制。
(7) 线程有生命期，有诞生和死亡。在生 命期中有状态的变化。
采用线程机制有些什么好处呢？对于多线 程机制而言，一个进程可以有多个线程，这些线 程共享该进程资源。这些线程驻留在相同的地址 空间，共享数据和文件。如果一个线程修改了一 个数据项，其他线程可以了解和使用此结果数据。 一个线程打开并读一个文件时，同一进程中的其 他线程也可以同时读此文件。总而言之，这些线 程运行在同一进程的相同的地址空间内。
…
…
(a)
(b)
(c)
(d)
基于线程和基于进程的操作系统
(2) 多进程和单线程系统
在这种操作系统中有多个进程操作系统。但 每个进程中只有一个线程。该系统的代表就是传 统意义上的UNIX操作系统。
以上两类是传统的操作系统，实际并没有线 程概念。
(3) 单进程和多线程系统
在这种操作系统中只有一个进程。但 每个进程有多个线程。Jave Run-time System可以认为是这种系统。