2第二章进程管理(1)

1 第二章进程管理 1 张琦27427024 2 本章讨论的主要问题 1 什么是进程 为什么要引入进程 2 如何描述进程 3 进程具哪些状态 这些状态之间如何进行转换 4 如何控制进程状态的转换 3 内容 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 4 2 1进程的基本概念 2 1 1程序的顺序执行及其特征 如 有三条语句 s1 a x ys2 b a 5s3 c b 1 执行顺序用有向图表示 s1 s2 s3 一个具有独立功能的程序独占CPU直到完成的过程称为程序的顺序执行 程序顺序执行时的特征 顺序性 2 封闭性 3 可再现性 5 2 1进程的基本概念 2 1 2前趋图前趋图 PrecedenceGraph 是一个有向无循环图 用于描述进程之间执行的前后关系 结点 表示一条语句 一段程序或进程 有向边 表示两结点间的偏序或前趋关系 前趋定义 Pi Pj 记为 Pi Pj Pi Pj 其中 Pi称为Pj的直接前趋 6 2 1进程的基本概念 例子 但 b 中有前趋关系 a 中的前趋关系 a b P1 P2 P1 P3 P1 P4 P2 P5 P3 P5 P4 P6 P4 P7 P5 P8 P6 P8 P7 P9 P8 P9 注意 前趋图中必须不存在循环 S2 S3 S3 S2 7 2 1进程的基本概念 2 1 3程序的并发执行及其特征程序的并发执行是指在逻辑上相互独立的一组程序在执行时间上的相互重叠 即一个程序段的执行尚未结束 另一程序段的执行已经开始 例子 输入程序 I 计算程序 C 和打印程序 P 是顺序执行Ii Ci Pi 而如何使这三种程序并发执行 8 2 1进程的基本概念 I1 I2 I3 I4 C1 C2 C3 C4 P1 P2 P3 P4 IiCiPi IiCiCiPi 前趋关系 Pi 1 Ci Ii 1可并发执行 IiIi 1 CiCi 1 PiPi 1 9 2 1进程的基本概念 程序的并发特征 间断性 失去封闭性 不可再现性 程序并发执行 顺序性 封闭性 可再现性 程序顺序执行 10 2 1进程的基本概念 不可再现性是程序并发执行时的间断性及失去封闭性的必然结果 例子 程序A程序B N N 1PRINT N N 0 a b c 1 执行顺序 a b c N值 2 执行顺序 b a c N值 3 执行顺序 b c a N值 n 1 n 1 0 n n 1 0 n 0 1 11 2 1进程的基本概念 2 1 4进程的特征与状态1 进程的定义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 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 是系统进行资源分配和调度的一个独立单位 12 2 1进程的基本概念 进程与程序的区别 联系 进程是执行程序的动态过程 动态 一个进程可以执行一个或多个程序 进程只是一次执行过程 具有生命期 进程 程序 程序是进程运行的静态文本 静态 一个程序可以被多个进程执行 程序可以作为一种资源以文件的形式长期保存 13 2 1进程的基本概念 2 进程的特征 动态性 进程是程序的一次执行过程 具有生命期 它可以由系统创建并独立地执行 直至完成而被撤消 并发性 进程是可以并发执行的基本单位 从宏观上看 它们可以 同时 执行 由于共享资源 进程间相互约束 相互依赖 结构特征 进程实体是由程序段 相关的数据段和进程控制块 PCB 三部分构成 1 2 3 14 2 1进程的基本概念 独立性 各个进程之间相互独立 指进程实体是一个能独立运行 独立分配资源和独立接受调度的基本单位 异步性 各个进程按照各自独立的 不可预知的速度异步向前推进 即进程按异步方式执行 4 5 3 进程的三种基本状态 就绪状态 Ready 2 执行状态 Executing 3 阻塞状态 Blocked 15 2 1进程的基本概念 阻塞状态 就绪状态 执行 状态 调度 I O请求 进程 I O完成 时间片到 结束 后备队列 16 2 1进程的基本概念 4 挂起状态 Suspend 1 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 对正在执行的进程 则停止执行 对就绪状态的进程 则停止调度 并回收资源 对阻塞状态的进程 则停止条件的发生 17 2 1进程的基本概念 2 进程状态的转换 称被挂起的进程是静止的 静止就绪 Readys 静止阻塞 Blockeds 称未被挂起的进程是活动的 活动就绪 Readya 活动阻塞 Blockeda 进程状态的转换 活动就绪 静止就绪 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 18 2 1进程的基本概念 活动阻塞 执行状态 活动就绪 静止就绪 静止阻塞 调度 释放 I O请求 激活 激活 挂起 挂起 挂起 释放 进程状态图 19 2 1进程的基本概念 4 创建状态 一般而言 当进程已拥有了自己的PCB 但进程自身还未进入主存 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 对于处于创建状态的进程 获得了其所必需的资源 以及对其PCB初始化工作完成后 进程状态便可由创建状态转入就绪状态 创建一个进程一般要通过两个步骤 1 为进程创建PCB 并填写必要的管理信息 2 把该进程转入就绪状态并插入就绪队列之中 20 2 1进程的基本概念 5 终止状态 进程的终止也要通过两个步骤 1 等待操作系统进行善后处理 2 PCB清零 并将PCB空间返还系统 当一个进程到达了自然结束点 或是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 进入终止态的进程以后不能再执行 21 2 1进程的基本概念 进程的五种基本状态及转换 22 2 1进程的基本概念 具有创建 终止和挂起状态的进程状态图 23 2 1进程的基本概念 2 1 5进程控制块 PCB 1 定义进程控制块是进程实体的一部分 是操作系统中最重要的记录型数据结构 2 作用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 24 2 1进程的基本概念 进程标识符 处理机状态 进程调度信息 进程控制信息 3 进程控制块中的信息 进程标识符用于惟一地标识一个进程 一个进程通常有两种标识符 内部标识符与外部标识符 通用寄存器指令计数器用户栈指针程序状态字 PSW 进程状态进程优先级其他调度信息等待事件 程序数据地址进程同步及通信资源清单链接指针 25 2 1进程的基本概念 不同操作系统 PCB所包含的信息类型及数量可能有所不同 但一般包括两类信息 1 调度信息描述进程的当前状况 供进程调度使用 2 现场信息刻划了进程运行的情况 记录在进程运行过程中会改变的信息 以便进程中断后 再次被调度时能够继续运行 链接方式链接成各种就绪 阻塞及空白等各种队列 索引方式建立不同状态的索引表 3 进程控制块的组织方式 26 2 1进程的基本概念 a 链接方式 PCB链接字指出该进程所在列中下一个进程PCB的首地址 27 2 1进程的基本概念 b 索引方式 在每个索引表的表目中 记录具有相应状态的某个PCB在PCB表中的地址 28 2 2进程控制 进程控制是一般是由OS的内核中的原语来实现的 2 2 1原语 Primitive 由若干条指令组成的 用于完成一定功能的一个过程 它的作用是为了实现进程的通信和控制 创建原语create 撤消原语destroy 阻塞原语block 唤醒原语wakeup 挂起原语suspend 激活原语active 29 2 2进程控制 2 2 2进程的创建调用进程创建原语create 按以下步骤创建一个新进程 1 申请空白PCB 2 为新进程分配资源 3 初始化进程控制块 4 将新进程插入就绪队列 30 2 2进程控制 2 2 3进程的终止引起进程终止的事件 TerminationofProcess 正常结束 异常结束 外界干预 2 2 4进程的阻塞与唤醒1 引起进程阻塞或唤醒的事件 1 请求系统服务 2 启动某种操作 4 无新工作可做 3 新数据尚未到达 进程的阻塞是进程自身的一种主动行为 31 2 2进程控制 2 进程阻塞过程进程在执行过程中 需要等待某些条件发生时 由该进程调用阻塞原语block 把进程从执行状态转换为阻塞状态 算法步骤 中断CPU执行 将CPU的当前状态保存到PCB的现场信息 2 将进程的当前状态置为阻塞状态 3 将进程的PCB插入到该事件的阻塞队列中 32 2 2进程控制 3 进程唤醒过程当处于阻塞状态的进程所等待的事件发生后 使用唤醒原语wakeup 将进程从阻塞状态转换为就绪状态 算法步骤 1 在阻塞队列中找到该进程 将其PCB的当前状态设置为就绪 2 将进程从阻塞队列中撤消 并插入到就绪队列中 33 2 2进程控制 2 2 5进程的挂起与激活1 进程的挂起进程在执行过程中 根据用户或系统的某种需要 调用挂起原语suspend 将进程从活动状态转换为静止状态