操作系统原理第四章(02)课件

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1、1,第四章 并发处理,2,4.3 进程控制4.3.1 进程控制的概念,进程有生命周期：产生、运行、暂停、终止。对进程的这些操作叫进程控制。 进程控制的职责是对系统中全部进程实施有效的管理，它是处理机管理的部分（另一部分是进程调度），当系统允许多进程并发执行时，为了实现共享、协调并发进程的关系，处理机管理必须提供对进程实行有效的管理。,3,4.3 进程控制4.3.1 进程控制的概念,五状态进程模型(状态变迁),4,4.3 进程控制4.3.1 进程控制的概念,五状态进程模型(多队列结构),5,4.3 进程控制4.3.1 进程控制的概念,进程控制包括： 进程创建 进程撤消 进程阻塞 进程唤醒 这些功

2、能由各种原语操作来实现。 原语：一种特殊的系统调用命令，它可以完成一个特定的功能。特点：原语执行时不可中断，即：具有原子性。,6,4.3 进程控制4.3.1 进程控制的概念,进程控制功能由各种原语操作来实现。 原语 一种特殊的系统调用命令，它可以完成一个特定的功能。 原语执行时不可中断，即：具有原子性。,7,4.3 进程控制4.3.1 进程控制的概念,在UNIX系统中进程控制的系统调用： fork() 创建子进程 sleep() 进程睡眠 exit() 进程自已终止（自杀） wait() (父）等待子进程终止 wakeup() 进程唤醒 在4.10节介绍。,8,4.3 进程控制4.3.1 进程

3、控制的概念Unix进程状态变迁图,9,4.3 进程控制4.3.2 进程创建,在UNIX系统中用户键入一个命令（如date, ps,ls)，shell就创建一个进程。 一个程序如果可分成几个程序段，并且这些程序段可并发执行，用户程序可使用创建程序的系统调用创建多个进程，每个进程执行一个程序段。 进程创建类似于人出生后要到派出所报户口。,10,4.3 进程控制4.3.2 进程创建,进程创建原语： create(name,priority,start_addr) 其中： name:进程标识符； priority：进程优先级； start_addr:程序开始地址。 UNIX系统： fork(),11,

4、4.3 进程控制4.3.2 进程创建,12,4.3 进程控制4.3.2 进程创建,13,4.3 进程控制4.3.3 进程撤消,进程完成其任务，希望终止时，调用进程撤消原语来撤消进程。 相当于一个人死亡后，家人要去派出所消户口。 在一般操作系统中进程撤消的系统调用是：kill UNIX系统中是exit()。,14,4.3 进程控制4.3.3 进程撤消,算法 kill 输入：无输出：无 由运行指针得当前进程的pid； 释放本进程所占用的资源给父进程； 该进程从总链队列中摘除； 释放此pcb结构； 转进程调度程序； ,15,4.3 进程控制4.3.3 进程撤消,16,4.3 进程控制4.3.4 进程

5、挂起,当一个处在运行状态的进程，因等待某个事件的发生（如等待打印机）而不能继续运行时，将调用进程挂起系统调用，把进程的状态置为阻塞状态，并调用进程调度程序（等于让出处理机）。 调用进程挂起操作是在进程处于运行状态下执行的。它将引起等待某事件的队列的改变。,17,4.3 进程控制4.3.4 进程挂起,进程挂起的内部调用形式（UNIX系统）： sleep(chan,pri) 其中： chan进程挂起（睡眠）的原因； pri 进程被唤醒后的优先级 一般调用形式： susp(chan) 其中：chan 进程等待的原因,18,4.3 进程控制4.3.4 进程挂起,算法 susp 输入：chan 等待的原

6、因输出：无 保护现行进程的CPU现场到pcb结构中； 置该进程为“等待”态； 将该进程pcb插入到等chan的等待队列； 转进程调度程序； ,19,4.3 进程控制4.3.4 进程挂起,20,4.3 进程控制4.3.5 进程唤醒,一个正在运行的进程会因等待某事件（例如，等待打印机）的发生，由运行状态转换成阻塞状态，当它等待的事件发生后，这个进程将由阻塞状态转换成就绪状态。这种转换由进程唤醒操作完成。 调用进程唤醒操作一般在中断处理、进程通信等过程中。例如，打印机完成中断处理程序，在完成了打印完成的操作后，就去检查等待打印机的队列，若不为空，则调用进程唤醒操作，唤醒一个（或多个）等待打印机的进程

7、。,21,4.3 进程控制4.3.5 进程唤醒,进程唤醒原语的形式： wakeup(chan) 其中：chan 唤醒进程阻塞的原因。,22,4.3 进程控制4.3.5 进程唤醒,算法：wakeup 输入：chan:等待的事件（阻塞原因） 输出：无 保护现行进程的CPU现场到pcb结构中； 置该进程为“就绪”态； 将该进程入就绪队列； 找到chan的等待队列的指针； for(该队列上每一个等待进程） 将该进程移出此等待队列； 置进程状态为“就绪”态； 将进程入就绪队列； 转进程调度程序； ,23,4.3 进程控制4.3.5 进程唤醒,按此算法，是把等待在chan事件上的所有进程唤醒，类似于UNI

8、X系统的处理方式。 也有的系统只唤醒一个等待chan事件的进程：等待队列就要按某种优先级排队。 进程唤醒操作会引起就绪队列和等待chan事件的等待队列发生变化。,24,4.4进程的相互制约关系,产生相互制约关系的原因： 资源共享 进程合作,25,4.5 进程互斥4.5.1 互斥的概念,引例： 宿舍电话的使用 打印机的使用 特点： 资源的使用过程： 申请资源； 使用资源（独占）； 释放资源。,26,4.5 进程互斥4.5.1 互斥的概念,1. 临界资源 一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。 引例中的电话和打印机都属于临界资源。除此之外，还有内存变量、指针、数组等等也是临界资源。,27,4.

9、5 进程互斥 4.5.1 互斥的概念,2、临界区： 每个进程中访问临界资源的那段程序段称为临界区。 例：右图中，Q为临界资源；AB段、CD段和EF段为临界区。,28,4.5 进程互斥 4.5.1 互斥的概念,进入临界区的准则： 有空让进 当无进程在临界区时，任何有权使用临界区的进程可进入 无空等待 不允许两个以上的进程同时进入临界区 有限等待 任何进入临界区的要求应在有限的时间内得到满足,29,4.5 进程互斥 4.5.1 互斥的概念,互斥 当某一进程正在访问某临界区时，就不允许其它进程进入，否则就会发生无法估计的错误。 进程之间的这种相互制约关系称为互斥。 例如：飞机定票系统中的机票库,30

10、,4.5 进程互斥 4.5.2 进程互斥的软件实现,算法1：单标志,有两个进程Pi, Pj，其中的Pi：,设立一个公用整型变量 turn：描述允许进入临界区的进程标识 在进入区循环检查是否允许本进程进入：turn为i时，进程Pi可进入； 在退出区修改允许进入进程标识：进程Pi退出时，改turn为进程Pj的标识j。,31,4.5 进程互斥 4.5.2 进程互斥的软件实现,算法1：单标志,缺点： 强制轮流进入临界区，没有考虑进程的实际需要。 容易造成资源利用不充分：在Pi出让临界区之后，Pj使用临界区之前，Pi不可能再次使用临界区。,32,4.5 进程互斥 4.5.2 进程互斥的软件实现,算法2：

11、双标志、先检查,设立一个标志数组flag：描述进程是否在临界区，初值均为FALSE。 先检查，后修改：在进入区检查另一个进程是否在临界区，不在时修改本进程在临界区的标志，然后进入； 在退出区修改本进程在临界区的标志。,33,4.5 进程互斥 4.5.2 进程互斥的软件实现,算法2：双标志、先检查,优点： 不用交替进入，可连续使用。 缺点： Pi和Pj可能同时进入临界区。 按下面序列执行时，会同时进入：“Pi Pj Pi Pj”。 原因：在检查对方flag之后和切换自己flag之前有一段时间，结果都检查通过。,34,4.5 进程互斥 4.5.2 进程互斥的软件实现,算法3：双标志、后检查,类似于

12、算法2，与互斥算法2的区别在于先修改后检查。可防止两个进程同时进入临界区。,35,4.5 进程互斥 4.5.2 进程互斥的软件实现,算法3：双标志、后检查,缺点： Pi和Pj可能都进入不了临界区。 按下面序列执行时，会都进不了临界区：“Pi Pj Pi Pj”。 原因：在切换自己flag之后和检查对方flag之前有一段时间，结果都切换flag，都检查不通过。,36,4.5 进程互斥 4.5.2 进程互斥的软件实现,算法4：先修改、后检查、后修改者等待,结合算法1和算法3，是正确的算法 turn=j;描述可进入的进程（同时修改标志时） 在进入区先修改后检查，并检查并发修改的先后： 检查对方fla

13、g，如果不在临界区则自己进入空闲则入 否则再检查turn：保存的是较晚的一次赋值，则较晚的进程等待，较早的进程进入先到先入，后到等待,37,4.5 进程互斥 4.5.3 锁和上锁、开锁操作,当进程使用某个临界资源之前必须完成下列操作： 1、考察锁位的值；（是否上锁） 2、若原来的值是为“0”（未上锁），将锁位置为“1”（上锁），并进入临界区； 3、若原来值是为“1”（已上锁），则转到1。 当进程使用完资源后，将锁位置为“0”（开锁）。 在考察锁位的值和上锁操作之间，锁位不得被其他进程所改变，通过原语来实现。 若不通过原语实现，会有什么问题？,38,4.5 进程互斥 4.5.3 锁和上锁、开锁操

14、作上锁原语,算法lock 输入：锁变量w 输出：无 test: if (w = 1) goto test;/*测试锁的值*/ else w = 1;/*上锁*/ ,39,4.5 进程互斥 4.5.3 锁和上锁、开锁操作开锁原语,算法unlock 输入：锁变量w 输出：无 w = 0;/*开锁*/ ,40,4.5 进程互斥 4.5.3 锁和上锁、开锁操作,上述算法的缺点： lock原语中的goto语句：忙等待。,41,4.5 进程互斥 4.5.3 锁和上锁、开锁操作 改进的算法,算法lock1 输入：锁变量w 输出：无 while (w = 1) 保护现行进程的CPU现场； 现行进程入w的等待队

15、列； 置该进程为“等待”状态； 转进程调度程序； w = 1;/*上锁*/ ,42,4.5 进程互斥 4.5.3 锁和上锁、开锁操作 改进的算法,算法unlock1 输入：锁变量w 输出：无 if (w等待队列不为空) 移出等待队列首元素； 置“就绪”状态； 将该进程入就绪队列； w = 0;/*开锁*/ ,43,4.5 进程互斥4.5.4 用上锁原语和开锁原语实现互斥,假设有两个进程共享打印机，两个进程中使用打印机的程序段为临界区。 为保证打印的正确，设置打印机的锁位print，其初值为“0”，表示打印机可以使用。,44,4.5 进程互斥4.5.4 用上锁原语和开锁原语实现互斥,main() int print = 0; cobegin ppa(); ppb(); coend ,ppa() ; lock(print); 使用打印机； unlock(print); ; ,ppb() ; lock(print); 使用打印机； unlock(print); ; ,