「java切换系统内核」作业帮切换为系统内核有什么用
本篇文章给大家谈谈java切换系统内核，以及作业帮切换为系统内核有什么用对应的知识点，希望对各位有所帮助，不要忘了收藏本站喔。
本文目录一览：
- 1、java 虚拟机线程与操作系统内核线程之间的关系
- 2、用java实现一个模拟操作系统内核运行的程序。（1）进程控制：其中包括进程创建与撤销
- 3、java为什么可以做内核
- 4、java 线程池机制的原理是什么？
- 5、用户线程和内核线程
java 虚拟机线程与操作系统内核线程之间的关系
简单的讲，JVM的多线程通常是不依赖于操作系统来实现的，这一点在IBM的系统上更为常见。有些优化的JVM比如IBM的，就是使用了NativeThread机制，来达到更高的效率。
在单CPU上就能实现多线程，至于多CPU情况，要看操作系统对多CPU的支持了。
用java实现一个模拟操作系统内核运行的程序。（1）进程控制：其中包括进程创建与撤销
在编写Java程序时，有时候需要在Java程序中执行另外一个程序。
1、启动程序Java提供了两种方法用来启动其它程序：
（1）使用Runtime的exec（）方法
（2）使用ProcessBuilder的start（）方法
不管在哪种操作系统下，程序具有基本类似的一些属性。一个程序启动后就程序操作系统的一个进程，进程在执行的时候有自己的环境变量、有自己的工作目录。Runtime和ProcessBuilder提供了不同的方式来启动程序，设置启动参数、环境变量和工作目录。
能够在Java中执行的外部程序，必须是一个实际存在的可执行文件，对于shell下的内嵌命令是不能直接执行的。
采用Runtime的exec执行程序时，首先要使用Runtime的静态方法得到一个Runtime，然后调用Runtime的exec方
法。可以将要执行的外部程序和启动参数、环境变量、工作目录作为参数传递给exec方法，该方法执行后返回一个Process代表所执行的程序。
Runtime有六个exec方法，其中两个的定义为：
public Process exec（String[] cmdarray， String[] envp， File dir）
public Process exec（String command， String[] envp， File dir）
cmdarray和command为要执行的命令，可以将命令和参数作为一个字符串command传递给exec（）方法，也可以将命令和参数一个一个的方在数组cmdarray里传递给exec（）方法。
envp为环境变量，以name=value的形式放在数组中。dir为工作目录。
可以不要dir参数，或者不要envp和dir参数，这样就多出了其它4个exec（）方法。如果没有dir参数或者为null，那么新启动的
进程就继承当前java进程的工作目录。如果没有envp参数或者为null，那么新启动的进程就继承当前java进程的环境变量。
也可以使用ProcessBuilder类启动一个新的程序，该类是后来添加到JDK中的，而且被推荐使用。通过构造函数设置要执行的命令以及
参数，或者也可以通过command（）方法获取命令信息后在进行设置。通过directory（File directory）
方法设置工作目录，通过environment（）获取环境变量信息来修改环境变量。
在使用ProcessBuilder构造函数创建一个新实例，设置环境变量、工作目录后，可以通过start（）方法来启动新程序，与Runtime的exec（）方法一样，该方法返回一个Process对象代表启动的程序。
ProcessBuilder与Runtime.exec（）方法的不同在于ProcessBuilder提供了
redirectErrorStream（boolean redirectErrorStream）
方法，该方法用来将进程的错误输出重定向到标准输出里。即可以将错误输出都将与标准输出合并。
2、Process
不管通过那种方法启动进程后，都会返回一个Process类的实例代表启动的进程，该实例可用来控制进程并获得相关信息。Process 类提供了执行从进程输入、执行输出到进程、等待进程完成、检查进程的退出状态以及销毁（杀掉）进程的方法：
（1） void destroy（）
杀掉子进程。
一般情况下，该方法并不能杀掉已经启动的进程，不用为好。
（2） int exitValue（）
返回子进程的出口值。
只有启动的进程执行完成、或者由于异常退出后，exitValue（）方法才会有正常的返回值，否则抛出异常。
（3）InputStream getErrorStream（）
获取子进程的错误流。
如果错误输出被重定向，则不能从该流中读取错误输出。
（4）InputStream getInputStream（）
获取子进程的输入流。
可以从该流中读取进程的标准输出。
（5）OutputStream getOutputStream（）
获取子进程的输出流。
写入到该流中的数据作为进程的标准输入。
（6） int waitFor（）
导致当前线程等待，如有必要，一直要等到由该 Process 对象表示的进程已经终止。
通过该类提供的方法，可以实现与启动的进程之间通信，达到交互的目的。
3、从标准输出和错误输出流读取信息
从启动其他程序的Java进程看，已启动的其他程序输出就是一个普通的输入流，可以通过getInputStream（）和getErrorStream来获取。
对于一般输出文本的进程来说，可以将InputStream封装成BufferedReader，然后就可以一行一行的对进程的标准输出进行处理。
4、举例
（1）Runtime.exec（）
import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.InputStreamReader;
public class Test1 {
public static void main(String[] args) {
try {
Process p = null;
String line = null;
BufferedReader stdout = null;
//list the files and directorys under C:\
p = Runtime.getRuntime().exec("CMD.exe /C dir", null, new File("C:\\"));
stdout = new BufferedReader(new InputStreamReader(p
.getInputStream()));
while ((line = stdout.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
stdout.close();
//echo the value of NAME
p = Runtime.getRuntime().exec("CMD.exe /C echo %NAME%", new String[] {"NAME=TEST"});
stdout = new BufferedReader(new InputStreamReader(p
.getInputStream()));
while ((line = stdout.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
stdout.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
（2）ProcessBuilder
import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Test2 {
public static void main(String[] args) {
try {
List list = new ArrayList();
ProcessBuilder pb = null;
Process p = null;
String line = null;
BufferedReader stdout = null;
//list the files and directorys under C:\
list.add("CMD.EXE");
list.add("/C");
list.add("dir");
pb = new ProcessBuilder(list);
pb.directory(new File("C:\\"));
p = pb.start();
stdout = new BufferedReader(new InputStreamReader(p
.getInputStream()));
while ((line = stdout.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
stdout.close();
//echo the value of NAME
pb = new ProcessBuilder();
mand(new String[] {"CMD.exe", "/C", "echo %NAME%"});
pb.environment().put("NAME", "TEST");
p = pb.start();
stdout = new BufferedReader(new InputStreamReader(p
.getInputStream()));
while ((line = stdout.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
stdout.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
5、获取进程的返回值
通常，一个程序/进程在执行结束后会向操作系统返回一个整数值，0一般代表执行成功，非0表示执行出现问题。有两种方式可以用来获取进程的返回
值。一是利用waitFor()，该方法是阻塞的，执导进程执行完成后再返回。该方法返回一个代表进程返回值的整数值。另一个方法是调用
exitValue()方法，该方法是非阻塞的，调用立即返回。但是如果进程没有执行完成，则抛出异常。
6、阻塞的问题
由Process代表的进程在某些平台上有时候并不能很好的工作，特别是在对代表进程的标准输入流、输出流和错误输出进行操作时，如果使用不慎，有可能导致进程阻塞，甚至死锁。
如果将以上事例中的从标准输出重读取信息的语句修改为从错误输出流中读取：
stdout = new BufferedReader(new InputStreamReader(p
.getErrorStream()));
那么程序将发生阻塞，不能执行完成，而是hang在那里。
当进程启动后，就会打开标准输出流和错误输出流准备输出，当进程结束时，就会关闭他们。在以上例子中，错误输出流没有数据要输出，标准输出流中
有数据输出。由于标准输出流中的数据没有被读取，进程就不会结束，错误输出流也就不会被关闭，因此在调用readLine()方法时，整个程序就会被阻
塞。为了解决这个问题，可以根据输出的实际先后，先读取标准输出流，然后读取错误输出流。
但是，很多时候不能很明确的知道输出的先后，特别是要操作标准输入的时候，情况就会更为复杂。这时候可以采用线程来对标准输出、错误输出和标准输入进行分别处理，根据他们之间在业务逻辑上的关系决定读取那个流或者写入数据。
针对标准输出流和错误输出流所造成的问题，可以使用ProcessBuilder的redirectErrorStream()方法将他们合二为一，这时候只要读取标准输出的数据就可以了。
当在程序中使用Process的waitFor()方法时，特别是在读取之前调用waitFor()方法时，也有可能造成阻塞。可以用线程的方法来解决这个问题，也可以在读取数据后，调用waitFor()方法等待程序结束。
总之，解决阻塞的方法应该有两种：
（1）使用ProcessBuilder类，利用redirectErrorStream方法将标准输出流和错误输出流合二为一，在用start()方法启动进程后，先从标准输出中读取数据，然后调用waitFor()方法等待进程结束。
如：
import java.io.BufferedReader;
import java.io.File;
import java.io.InputStreamReader;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class Test3 {
public static void main(String[] args) {
try {
List list = new ArrayList();
ProcessBuilder pb = null;
Process p = null;
String line = null;
BufferedReader stdout = null;
//list the files and directorys under C:\
list.add("CMD.EXE");
list.add("/C");
list.add("dir");
pb = new ProcessBuilder(list);
pb.directory(new File("C:\\"));
//merge the error output with the standard output
pb.redirectErrorStream(true);
p = pb.start();
//read the standard output
stdout = new BufferedReader(new InputStreamReader(p
.getInputStream()));
while ((line = stdout.readLine()) != null) {
System.out.println(line);
}
int ret = p.waitFor();
System.out.println("the return code is " + ret);
stdout.close();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
（2）使用线程
import java.util.*;
import java.io.*;
class StreamWatch extends Thread {
InputStream is;
String type;
List output = new ArrayList();
boolean debug = false;
StreamWatch(InputStream is, String type) {
this(is, type, false);
}
StreamWatch(InputStream is, String type, boolean debug) {
this.is = is;
this.type = type;
this.debug = debug;
}
public void run() {
try {
PrintWriter pw = null;
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
String line = null;
while ((line = br.readLine()) != null) {
output.add(line);
if (debug)
System.out.println(type + "" + line);
}
if (pw != null)
pw.flush();
} catch (IOException ioe) {
ioe.printStackTrace();
}
}
public List getOutput() {
return output;
}
}
public class Test5 {
public static void main(String args[]) {
try {
List list = new ArrayList();
ProcessBuilder pb = null;
Process p = null;
// list the files and directorys under C:\
list.add("CMD.EXE");
list.add("/C");
list.add("dir");
pb = new ProcessBuilder(list);
pb.directory(new File("C:\\"));
p = pb.start();
// process error and output message
StreamWatch errorWatch = new StreamWatch(p.getErrorStream(),
"ERROR");
StreamWatch outputWatch = new StreamWatch(p.getInputStream(),
"OUTPUT");
// start to watch
errorWatch.start();
outputWatch.start();
//wait for exit
int exitVal = p.waitFor();
//print the content from ERROR and OUTPUT
System.out.println("ERROR: " + errorWatch.getOutput());
System.out.println("OUTPUT: " + outputWatch.getOutput());
System.out.println("the return code is " + exitVal);
} catch (Throwable t) {
t.printStackTrace();
}
}
}
7、在Java中执行Java程序
执行一个Java程序的关键在于：
（1）知道JAVA虚拟机的位置，即java.exe或者java的路径
（2）知道要执行的java程序的位置
（3）知道该程序所依赖的其他类的位置
举一个例子，一目了然。
（1）待执行的Java类
public class MyTest {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("OUTPUT one");
System.out.println("OUTPUT two");
System.err.println("ERROR 1");
System.err.println("ERROR 2");
for(int i = 0; i args.length; i++)
{
System.out.printf("args[%d] = %s.", i, args[i]);
}
}
}
（2）执行该类的程序
import java.util.*;
import java.io.*;
class StreamWatch extends Thread {
InputStream is;
String type;
List output = new ArrayList();
boolean debug = false;
StreamWatch(InputStream is, String type) {
this(is, type, false);
}
StreamWatch(InputStream is, String type, boolean debug) {
this.is = is;
this.type = type;
this.debug = debug;
}
public void run() {
try {
PrintWriter pw = null;
InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is);
BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
String line = null;
while ((line = br.readLine()) != null) {
output.add(line);
if (debug)
System.out.println(type + "" + line);
}
if (pw != null)
pw.flush();
} catch (IOException ioe) {
ioe.printStackTrace();
}
}
public List getOutput() {
return output;
}
}
public class Test6 {
public static void main(String args[]) {
try {
List list = new ArrayList();
ProcessBuilder pb = null;
Process p = null;
String java = System.getProperty("java.home") + File.separator + "bin" + File.separator + "java";
String classpath = System.getProperty("java.class.path");
// list the files and directorys under C:\
list.add(java);
list.add("-classpath");
list.add(classpath);
list.add(MyTest.class.getName());
list.add("hello");
list.add("world");
list.add("good better best");
pb = new ProcessBuilder(list);
p = pb.start();
System.out.println(mand());
// process error and output message
StreamWatch errorWatch = new StreamWatch(p.getErrorStream(),
"ERROR");
StreamWatch outputWatch = new StreamWatch(p.getInputStream(),
"OUTPUT");
// start to watch
errorWatch.start();
outputWatch.start();
//wait for exit
int exitVal = p.waitFor();
//print the content from ERROR and OUTPUT
System.out.println("ERROR: " + errorWatch.getOutput());
System.out.println("OUTPUT: " + outputWatch.getOutput());
System.out.println("the return code is " + exitVal);
} catch (Throwable t) {
t.printStackTrace();
}
}
}
java为什么可以做内核
java不能做内核，因为java与内核间无法直接通讯。
java编译后的代码都是基于JVM(java虚拟机)运行的，这是java跨平台的特性，就是说，不管在什么平台，只要有JVM虚拟机就可以正常运行java程序，如：winXP、win2005、linux等。
但是不同的平台他们的内核是不一样的，内核逻辑也是不一样的，就比如C语言可以做内核开发，但是用C语言在windowXP的平台上做的内核程序，放在linux上的话，基本上是不能运行的。因为不同平台的内核执行原理是不一样的，平台内部结构也是不一样的。
所以，也正是因为java可以跨平台，也就注定了他不能做内核开发。如果能跨平台，还可以做内核底层开发，那就太逆天了。
java 线程池机制的原理是什么？
线程池属于对象池.所有对象池都具有一个非常重要的共性,就是为了最大程度复用对象.那么线程池的最
重要的特征也就是最大程度利用线程.
首先,创建线程本身需要额外(相对于执行任务而必须的资源)的开销.
作业系统在每创建一个线程时,至少需要创建以下资源:
（1） 线程内核对象：用于对线程上下文的管理.
（2） 用户模式执行栈.
（3） 内核模式执行栈.
这些资源被线程占有后作业系统和用户都无法使用.
相反的过程,销毁线程需要回收资源,也需要一定开销.
其次,过多的线程将导致过度的切换.线程切换带来的性能更是不可估量.系统完成线程切换要经过以下过程:
（1） 从用户模式切换到内核模式.
（2） 将CPU寄存器的值保存到当前线程的内核对象中.
（3）打开一个自旋锁,根据调度策略决定下一个要执行的线程.释放自旋锁,如果要执行的线程不是同一进
程中的线程,还需要切换虚拟内存等进程环境.
（4） 将要执行的线程的内核对象的值写到CPU寄存器中.
（5） 切换到用户模式执行新线程的执行逻辑.
所以线程池的目的就是为了减少创建和切换线程的额外开销,利用已经的线程多次循环执行多个任务从而提
高系统的处理能力.
用户线程和内核线程
Inter把 C P U 指令集 操作的权限由高到低划为4级
内核态权限大可以复制IO读写，网卡，内存等操作，用户态只能操作应用程序分配的空间
当需要进行高权限操作的时候，就需要从用户态切到内核态，比如，要读取文件，就需要从用户态切换到内核态（通过调用系统函数），进行文件读写，读写完成后再切换回来（普通IO时如果文件过大会进行多次用户和内核态的切换）
操作系统通过CS:IP来查找执行命令，其中CS的最低两位来表示内核和用户态（0:表示内核态，3:表示用户态，刚好符合inter权限）
切换时需要：
在没有DMA时
整个数据的传输过程，都要需要 CPU 亲自参与搬运数据的过程，而且这个过程，CPU 是不能做其他事情的
所以，DMA就是， 在进行 I/O 设备和内存的数据传输的时候，数据搬运的工作全部交给 DMA 控制器，而 CPU 不再参与任何与数据搬运相关的事情，这样 CPU 就可以去处理别的事务。
普通拷贝，byte[] b = read(),write(b);
文件大的话会循环进行更多次操作
mmap + write文件传输过程
sendfile文件传输过程
Java中通过transferTo来实现零拷贝，如果 Linux 系统支持 sendfile() 系统调用，那么 transferTo() 实际上最后就会使用到 sendfile() 系统调用函数
文件传输过程，其中第一步都是先需要先把磁盘文件数据拷贝「内核缓冲区」里，这个「内核缓冲区」实际上是磁盘高速缓存（PageCache） 读取磁盘数据的时候，需要找到数据所在的位置，但是对于机械磁盘来说，就是通过磁头旋转到数据所在的扇区，再开始「顺序」读取数据，但是旋转磁头这个物理动作是非常耗时的，为了降低它的影响，PageCache 使用了预读功能（ 在传输大文件（GB 级别的文件）的时候，PageCache 会不起作用，那就白白浪费 DMA 多做的一次数据拷贝，造成性能的降低，即使使用了 PageCache 的零拷贝也会损失性能，PageCache 由于长时间被大文件占据，其他「热点」的小文件可能就无法充分使用到 PageCache，于是这样磁盘读写的性能就会下降了 ）在高并发的场景下，针对大文件的传输的方式，应该使用「异步 I/O + 直接 I/O」来替代零拷贝技术
用户线程：使用Java，开启一个线程，在这个线程里实现线程的切换（不太准确，其实Java开启一个线程，就是创建了一个用户线程，同时创建了一个内核线程）， 所以对于内核来说感知不到用户线程的存在，如果多个用户线程切换到某个线程在执行过程中IO阻塞，此时主线程（进程）就进入阻塞态，那么所有的用户现场都会阻塞
协程就是用户态的线程（好像在java线程里面自己实现的线程）
用户线程的特点：创建销毁快，支持大量的用户线程（创建用户线程比内核线程需要的空间要小的多），但是不能利用CPU多核，同时需要自己实现阻塞调度，否则会影响其他用户线程的执行
进程中的一个线程被阻塞，内核能调度同一进程的其他线程（就绪态）占有处理器运行，可以利用多核，但是线程数量不能过多
关于java切换系统内核和作业帮切换为系统内核有什么用的介绍到此就结束了，不知道你从中找到你需要的信息了吗 ？如果你还想了解更多这方面的信息，记得收藏关注本站。