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1、第二章第二章 进程管理进程管理进程的概念进程的概念进程的控制进程的控制进程同步及经典同步问题进程同步及经典同步问题进程间的高级通信进程间的高级通信进程与线程的区别进程与线程的区别CUIT叶斌叶斌2.1 前趋图和程序执行前趋图和程序执行前趋图的定义前趋图的定义前趋图（前趋图（ProcedenceGraph）是一个有向）是一个有向无循环图无循环图DAG（DirectedAcyclicGraph）。）。结点：语句、程序段或进程。结点：语句、程序段或进程。初始节点初始节点终止节点终止节点边：执行顺序。边：执行顺序。重量：程序量或执行时间。重量：程序量或执行时间。 10:42操作系统|进程管理CUIT叶
2、斌叶斌1234567例：有例：有7个结点的前趋图。个结点的前趋图。P=P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7=（P1，P2），（P1，P3），（P1，P4），（P2，P5），（P3，P5），（P4，P6），（P5，P7），（P6，P7）2.1前趋图和程序执行前趋图和程序执行 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌CUIT叶斌叶斌顺序执行程序的特点：顺序执行程序的特点：程序的顺序性。程序的顺序性。程序在运行时独占主机资源。程序在运行时独占主机资源。程序的执行结果与其执行速度无关。程序的执行结果与其执行速度无关。程序执行时的初始条件相同，其结程序执行时的初始条件相同，其结果必相同。果必相同
3、。2.1前趋图和程序执行前趋图和程序执行 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌程序的并发执行程序的并发执行程序执行环境程序执行环境独立性，逻辑上是独立的。独立性，逻辑上是独立的。随机性：输入和执行开始时间都是随机的。随机性：输入和执行开始时间都是随机的。资源共享：资源共享导致对进程执行速度资源共享：资源共享导致对进程执行速度的制约。的制约。2.1前趋图和程序执行前趋图和程序执行 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌程序的并发执行程序的并发执行并并发发执执行行是是指指两两个个程程序序执执行行时时间间上上是是重重叠叠的的。凡凡是是能能由由一一组组并并发发程程序序完完成成的的任任务务
4、，都都能由相应的单个程序完成。能由相应的单个程序完成。例例1：有一批程序，而每个程序需输入，计算，：有一批程序，而每个程序需输入，计算，打印三项操作。其程序段并发执行的前趋图打印三项操作。其程序段并发执行的前趋图:I1I2I3I4 C1C2C3C4 P1P2P3P42.1前趋图和程序执行前趋图和程序执行 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌例2BeginintegerN:=0;CobeginProgramA:beginProgramB:beginL1:N:=N+1;L2:Print(N);N:=0;GotoL1；GotoL2；EndEndCoendEnd当当N=5时，如果时，如果N=N
5、+1在在print（N）和）和N:=0前前中间中间后后打印打印655执行后执行后N=0012.1前趋图和程序执行前趋图和程序执行 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌例例3设有堆栈设有堆栈S，栈指针，栈指针top，栈中存放相应的数，栈中存放相应的数据块地址，程序据块地址，程序popaddr（top）从栈中取地址，）从栈中取地址，pushaddr（blk）将地址放入栈）将地址放入栈S中。中。voidpopaddr(top) voidpushaddr(blk)top-;*top=blk;r=*top;top+;return(r)先执行先执行popaddr的的top-，接着执行，接着执行pu
6、shaddr的的*top=blk2.1前趋图和程序执行前趋图和程序执行 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌程序并发执行过程及条件程序并发执行过程及条件（Bernstein条件）条件）S0;CobeginS1；S2；S3；Sn;CoendSn+1;S1、S2、Sn可可以以由由同同一一程程序序段段中的不同语句组成。中的不同语句组成。2.1前趋图和程序执行前趋图和程序执行 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌将任一语句划分为两个变量的集合将任一语句划分为两个变量的集合R（Si）和）和W（Si）:读集读集R（Si）=a1，a2，am写集写集W（Si）=b1，b2，bn如对语句如对语句
7、S1和和S2有：有：R（S1）W（S2）=W（S1）R（S2）=W（S1）W（S2）=成立，则语句成立，则语句S1和和S2可并发执行。可并发执行。2.1前趋图和程序执行前趋图和程序执行 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌例例1语句语句c=ab和和w=c+1R（c=ab）=a,bW（c=ab）=cR（w=c+1）=cW（w=c+1）=wR（w=c+1）W（c=ab）=c语句语句c=ab和和w=c+1不能并发执行。不能并发执行。2.1前趋图和程序执行前趋图和程序执行 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌例例2S1:a=x+yS2:b=z+1S3:c=abS4:w=a+c+1R（S
8、1）=x,yW（S1）=aR（S2）=zW（S2）=bR（S3）=a,bW（S3）=cR（S4）=a,cW（S4）=w语句语句S1和和S2能并发执行。能并发执行。语句语句S1和和S3，S2和和S3，S3和和S4不能并发执行。不能并发执行。S1S3S4S22.1前趋图和程序执行前趋图和程序执行 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌资源共享资源共享资源共享是指系统中的硬件资源和资源共享是指系统中的硬件资源和软件资源不再由单个用户所独占，而软件资源不再由单个用户所独占，而为为n个用户共同使用。个用户共同使用。由系统进行统一分配（硬件）和由由系统进行统一分配（硬件）和由程序自行使用（数据集，变
9、量、队列程序自行使用（数据集，变量、队列等）等）程序并发执行与资源共享之间互为程序并发执行与资源共享之间互为存在条件。存在条件。2.1前趋图和程序执行前趋图和程序执行 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌程序并发执行的特点程序并发执行的特点失去程序的封闭性和可再现性失去程序的封闭性和可再现性程序与计算不再一一对应程序与计算不再一一对应程序并发执行的相互制约程序并发执行的相互制约执行执行暂停暂停执行执行2.1前趋图和程序执行前趋图和程序执行 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌2.2进程的概念进程的概念进程的定义进程的定义进程的定义进程的定义:进程是程序在一个数据集进程是程序在一
10、个数据集合上的运行过程，是系统进行资源分配合上的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立的基本单位。和调度的一个独立的基本单位。进程的特征进程的特征动态性动态性并发特征并发特征独立特征独立特征异步特征异步特征机构特征机构特征 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌进程与程序的关系进程与程序的关系进进 程程 程程 序序 概念概念 动态实体，动态实体，静态实体，静态实体， 强调执行过程强调执行过程 是指令的有序集合是指令的有序集合 特征特征 并发性、独立性、并发性、独立性、无并行特征，无并行特征， 异步性，异步性，是静止的是静止的 是竞争计算机系统是竞争计算机系统 资源的基本单位资源的基
11、本单位两者联系两者联系 不同的进程可以共享同一个程序，不同的进程可以共享同一个程序，只要对应的数据集不同只要对应的数据集不同2.2进程的概念进程的概念 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌进程的组成（进程上下文）进程的组成（进程上下文）PCB程序程序数据数据进程控制块进程控制块PCB描述信息描述信息控制信息控制信息资源管理信息资源管理信息CPU现场保护：对现场保护：对CPU的处理的处理2.2进程的概念进程的概念 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌PCB的组织方式的组织方式链接方式链接方式将具有相同状态的将具有相同状态的PCB，用其中的链接，用其中的链接字，链接成一个队列。字，
12、链接成一个队列。2.2进程的概念进程的概念 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌索引方式索引方式根据进程的状态，建立索引表。根据进程的状态，建立索引表。 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌2.3进程状态及其控制进程状态及其控制进程状态进程状态一个进程的生命期可以划分为一组状一个进程的生命期可以划分为一组状态，这些状态刻画了这个进程。系统根据态，这些状态刻画了这个进程。系统根据PCB结构中的状态值控制进程。结构中的状态值控制进程。就绪状态（就绪状态（Ready）执行状态（执行状态（Running）等待状态（阻塞状态等待状态（阻塞状态Blocked）新（新（New）状态）状态终止
13、状态（终止状态（TerminatedorExit） 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌挂起状态（挂起状态（Suspend）把一个进程挂起使之处于静止状把一个进程挂起使之处于静止状态，以便研究它的执行情况获对它进态，以便研究它的执行情况获对它进行修改。行修改。用户终端需要；用户终端需要；父进程的需要：考查、修改获协调各子父进程的需要：考查、修改获协调各子进程时；进程时；OS的需要：改善系统运行性能，调节负的需要：改善系统运行性能，调节负荷；荷；对换的需要：缓和内存紧张的情况；对换的需要：缓和内存紧张的情况；2.3进程状态及其控制进程状态及其控制 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌
14、叶斌进程状态转换进程状态转换三种基本状态： 执行状态 （Executing） 就绪状态 （Ready） 阻塞状态 （Blocked）或等待（Wait）阻塞阻塞状态状态就绪就绪状态状态执行执行状态状态调度调度I/O请求请求进程进程唤醒唤醒时间时间片到片到新状态新状态结束结束后备队列后备队列新状态新状态结束状态结束状态2.3进程状态及其控制进程状态及其控制 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌细化的进程状态图（增加挂起）细化的进程状态图（增加挂起）活动活动阻塞阻塞执行执行状态状态活动活动就绪就绪静止静止就绪就绪静止静止阻塞阻塞调度调度唤醒唤醒I
15、/O请求请求激激活活激激活活挂挂起起挂挂起起挂挂起起唤醒唤醒2.3进程状态及其控制进程状态及其控制 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌活动就绪（活动就绪（Readya）和活动阻塞）和活动阻塞（Blockeda）静止就绪（静止就绪（Readys）和静止阻塞）和静止阻塞（Blockeds）2.3进程状态及其控制进程状态及其控制 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌一个状态转换和进程转换的例子一个状态转换和进程转换的例子进程进程AI/O驱动驱动中断处理中断处理进程进程BI/O现场保护现场保护和阻塞和阻塞A启动启动I/O调度，恢调度，恢复复B现场现场I/O中断现场保护现场保护中断处理
16、中断处理A就绪就绪调度，恢调度，恢复复A现场现场退出退出（收回（收回资源，资源，调度）调度）注：红色表示处于注：红色表示处于“管态管态”2.3进程状态及其控制进程状态及其控制 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌2.4进程控制进程控制进程间的关系进程间的关系非结构系统（非结构系统（UnstructuredSystem）树形结构系统（树形结构系统（Tree-StructuredSystem）:一个进程能创建另一个进程，形成一个进程能创建另一个进程，形成进程家族。进程家族。 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌操作系统内核操作系统内核（Kernel）支撑功能支撑功能中断处理中断处理时钟管理时钟管理原语操作：完成特定功能的一段程原语操作：完成特定功能的一段程序。原语在执行期间是不可分割的。序。原语在执行期间是不可分割的。资源管理功能资源管理功能进程管理进程管理存储器管理存储器管理设备管理设备管理2.4进程控制进程控制 10:42操作系统|进程管理CUIT叶斌叶斌进程的创建进程的创建引起进程创建的事件引起进程创建的事件用户登录用户登录作业调度作业调度提供服务提供服务应用请求应用
