第二进程管理幻灯片课件

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1、辽东学院信息技术学院,第二章 进程管理,2.1 进程的基本概念 2.2 进程控制 2.3 进程同步 2.4 经典进程的同步问题 2.5 进程通信 2.6 线程,辽东学院信息技术学院,2.1 进程的基本概念,2.1.1 程序的顺序执行及其特征,I:输入数据,C:处理数据,O:输出结果,数据处理程序,I,C,O,I1,C1,O1,前趋图,辽东学院信息技术学院,a:=x+y; b:=a*5; C:=a+6 D:=a/c,S1: S2: S3: S4:,S1,S2,S3,顺序性： (2) 封闭性： (3) 可再现性：,S4,程序运行时独占全机资源,环境和初始条件相同，运行多次获得相同的结果,辽东学院信

2、息技术学院,2. 1.3 程序的并发执行及其特征,I:输入数据,C:处理数据,O:输出结果,数据处理程序,I,C,O,I1,C1,O1,I2,C2,O2,辽东学院信息技术学院,不可再现性,例如，有两个程序A和B，它们共享一个变量N。程序A每执行一次时，都要做N=N+1操作；程序B每执行一次时， 都要执行Print(N)操作。程序A和B以不同的速度运行。,辽东学院信息技术学院,某时刻， N=9：,程序A得到的N值为：10,程序B得到的N值为：10,辽东学院信息技术学院,某时刻， N=9：,程序B得到的N值为：9,辽东学院信息技术学院,2.1.4 进程的特征与状态,1. 进程的特征和定义,结构特征

3、：进程控制块（PCB）+数据+程序段 2) 动态性 ：进程一次执行过程；产生、灭亡 3) 并发性 ：并发执行 4) 独立性：独立运行、独立分配资源、独立调度单位 5) 异步性 ：不可预知速度运行,进程引入原因：程序并发执行三大特性不能参与并发，并发+动态描述-进程,辽东学院信息技术学院,较典型的进程定义有： (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。 在引入了进程实体的概念后，我们可以把传统OS中的进程定义为：“进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源

4、分配和调度的一个独立单位”。,辽东学院信息技术学院,进程与程序的区别 (1)程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概念。而进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是一个动态的概念。 (2)程序可以作为一种软件资料长期存在，而进程是有一定生命期的。程序是永久的，进程是暂时的。 (3)进程更能真实地描述并发，而程序不能 (4)进程包括程序和数据+PCB两部分 (5)进程具有创建其他进程的功能，而程序没有 (6)同一程序同时运行于若干个数据集合上，它将属于若干个不同的进程。也就是说同一程序可以对应多个进程,辽东学院信息技术学院,思考？,为什么引入进程的概念？,辽东学院信息技术学院

5、,2. 进程的三种基本状态,(1)就绪(Ready)状态 (2)执行状态 (3) 阻塞状态,辽东学院信息技术学院,进程的三种基本状态及其转换,执 行,阻 塞,就 绪,时间片完,I/O请求,进程调度,I/O完成,辽东学院信息技术学院,3. 挂起状态 引入挂起状态的原因 终端用户的请求。 (2) 父进程请求。 (3) 负荷调节的需要。 (4) 操作系统的需要。,辽东学院信息技术学院,2) 进程状态的转换,活动就绪静止就绪(挂起)。 (2) 活动阻塞静止阻塞。 (3) 静止就绪活动就绪。 (4) 静止阻塞活动阻塞。,辽东学院信息技术学院,具有挂起状态的进程状态图,请求I/O,静止阻塞,活动阻塞,静止

6、就绪,活动就绪,执行,挂起,挂起,挂起,激活,激活,唤醒,唤醒,时间片到,CPU调度,辽东学院信息技术学院,4创建状态和终止状态,1) 创建状态 创建一个进程两步骤：为一个新进程创建PCB，并填写必要的管理信息；其次，把该进程转入就绪状态并插入就绪队列之中。 刚创建进程 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。 2) 终止状态 进程自然结束点、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。 进程的终止也要通过两个步骤：首先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。,辽东学院信

7、息技术学院,进程的五种基本状态及转换,辽东学院信息技术学院,请求I/O,静止阻塞,活动阻塞,静止就绪,活动就绪,执行,挂起,挂起,挂起,激活,激活,唤醒,唤醒,时间片到,CPU调度,终止,释放,创建,许可,许可,七状态转换图,辽东学院信息技术学院,思考？,1如果单CPU系统中有N个进程，运行的用户进程最多几个，最少几个；阻塞的用户进程最多几个，最少几个？ 2. 有没有这样的状态转换，为什么？ 阻塞运行； 就绪阻塞,辽东学院信息技术学院,2.1.5 进程控制块,1. 进程控制块的作用,进程控制块的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序(含数据)，成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它

8、进程并发执行的进程。或者说，OS是根据PCB来对并发执行的进程进行控制和管理的。,为了描述一个进程和其它进程以及系统资源的关系，为了刻画一个进程在各个不同时期所处的状态，人们采用了一个与进程相联系的数据块，称为进程控制块（PCB）。 系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB是系统感知进程存在的唯一标志 进程与PCB是一一对应的,辽东学院信息技术学院,2. 进程控制块中的信息,内部标识符 外部标识符,描述信息,现场信息,控制及资源管理信息,辽东学院信息技术学院,3. 进程控制块的组织方式,1) 链接方式,PCB链接队列示意图,辽东学院信息技术学院,2) 索引方式,按索引方式组织PCB,辽东学院

9、信息技术学院,思考？,何时会发生进程切换？,进程切换指一个进程进处理器,另一个进程出处理器的过程。 若有一个进程从运行态变成阻塞态或就绪态（进程的状态发生改变）,或完成工作后就撤消,则必定会发生进程切换。,辽东学院信息技术学院,2.2 进 程 控 制,2.2.1 进程的创建,1. 进程图(Process Graph),图 2-9 进程树,进程控制就是对系统中的所有进程实施管理，进程控制一般有原语来实现。 原语是由若干条指令组成，用于完成一定功能的一个过程。其特点是原语执行时不可被中断。 常用原语： 创建原语Creat() 终止原语Terminal() 阻塞原语Block()、唤醒原语Wakeu

10、p(),描述一个进程的家族关系的有向图。PCB,辽东学院信息技术学院,2. 引起创建进程的事件,用户登录。分时系统 ，系统 (2) 作业调度。 批处理系统，系统 (3) 提供服务。 打印进程，系统 (4) 应用请求。 应用进程自己创建,辽东学院信息技术学院,3. 进程的创建(Creation of Progress),OS调用Creat() 原语 申请一空闲PCB ，获得数字标识符 分配必要的资源 初始化PCB:标识信息到PCB;处理机和进程状态； 插入就绪队列,辽东学院信息技术学院,2.2.2 进程的终止,1. 引起进程终止(Termination of Process)的事件 1) 正常结

11、束：产生中断-OS 2) 异常结束 ：越界；保护错rw;非法指令；运行超时；程序错；I/O错 3) 外界干预 ：操作员或者OS终止；父进程请求；父进程终止,辽东学院信息技术学院,2. 进程的终止过程 OS调用终止原语，过程： (1) 从PCB集合中检索出该进程的PCB，从中读出该进程的状态。 (2) 若被终止进程正处于执行状态，应立即终止该进程的执行，并置调度标志为真，用于指示该进程被终止后应重新进行调度。 (3) 若该进程还有子孙进程，还应将其所有子孙进程予以终止。 (4) 将被终止进程所拥有的全部资源，或者归还给其父进程，或者归还给系统。 (5) 将被终止进程(PCB)从所在队列(或链表)

12、中移出，等待其他程序来搜集信息。,辽东学院信息技术学院,2.2.3 进程的阻塞与唤醒,1. 引起进程阻塞和唤醒的事件,请求系统服务 2) 启动某种操作：如果启动I/O必须等待完成 3) 新数据尚未到达：合作进程 4) 无新工作可做 ：对于某些服务系统进程,辽东学院信息技术学院,2. 进程阻塞过程 正在执行的进程，当发现上述某事件时，由于无法继续执行，于是进程便通过调用阻塞原语block把自己阻塞。可见，进程的阻塞是进程自身的一种主动行为。进入block过程后，,辽东学院信息技术学院,3. 进程唤醒过程 当被阻塞进程所期待的事件出现时，如I/O完成或其所期待的数据已经到达，则由有关进程(比如，用

13、完并释放了该I/O设备的进程)调用唤醒原语wakeup( )，将等待该事件的进程唤醒。唤醒原语执行的过程是：,阻塞-唤醒,辽东学院信息技术学院,2.2.4 进程的挂起与激活,1. 进程的挂起 当出现了引起进程挂起的事件时（用户进程请求；父进程请求；负荷调节；OS需要）， 系统将利用挂起原语suspend( )将指定进程或处于阻塞状态的进程挂起。 挂起原语的执行过程：活动就绪状态-便将其改为静止就绪； 活动阻塞状态的进程- 静止阻塞。,辽东学院信息技术学院,2. 进程的激活过程 当发生激活进程的事件时，例如，父进程或用户进程请求激活指定进程，系统将利用激活原语active( )将指定进程激活。,

14、激活原语： 静止就绪- 活动就绪； 静止阻塞-活动阻塞。,挂起-激活,对换 ：将进程从外存调入内存,辽东学院信息技术学院,思考？,为什么创建进程要用原语来实现？ 请设想一下进程在什么情况下会变为阻塞状态？ 阻塞进程在什么情况下会被唤醒？谁来唤醒它？,辽东学院信息技术学院,复习,程序顺序执行时的特征 程序并发执行时的特征 进程的特征和定义 进程与程序的区别 进程的三种基本状态及转换图 什么是进程控制块?它的作用? OS何时会发生进程切换？,辽东学院信息技术学院,2.3.1进程同步的基本概念 1两种形式的制约关系 (1) 间接相互制约关系。同处于一个系统中的进程，通常都共享着某种系统资源。 (2)

15、直接相互制约关系。这种制约主要源于进程间的合作。,2.3 进 程 同 步,进程同步： 对多个相关进程在执行次序上进行协调，使系统中诸进程之间能有效地共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。 同步机制：用来实现同步的机制称作同步机制。,辽东学院信息技术学院,2 . 同步和互斥,同步是进程间共同完成一项任务时直接发生相互作用的关系 同步进程间具有合作关系 在执行时间上必须按一定的顺序协调进行,互斥是并发执行的多个进程由于竞争同一资源而产生的相互排斥的关系 互斥进程彼此在逻辑上是完全无关的 它们的运行不具有时间次序的特征,辽东学院信息技术学院,3.临界资源,一次仅允许一个进程使用的共享资源

16、 如：打印机、内存单元、表格 诸进程间应采取互斥访问方式,辽东学院信息技术学院,4.临界区,临界区：在每个进程中访问临界资源的那段程序。 repeat entry section /进入区 critical section； /临界区 exit section /退出区 remainder section；/剩余代码 until false；,辽东学院信息技术学院,5同步机制应遵循的规则,(1) 空闲让进。当无进程处于临界区时，应允许一个请求进入临界区的进程立即进入自己的临界区。 (2) 忙则等待。当已有进程进入临界区时，其它试图进入临界区的进程必须等待，以保证对临界资源的互斥访问。 (3) 有限等待。对要求访问临界资源的进程，应保证在有限时间内能进入自己的临界区，以免陷入“死等”状态。 (4) 让权等待。当进程不能进入自己的