多媒体第三章1

第五讲进程表示与进行状态变化目的与要求:理解进程概念,掌握进程在系统中的表示方法,理解进程的创建及其状态变化.重点与难点:进程表示与进程创建,状态转换.习题:1，2，4，5,第三章进程与处理机管理3.1进程描述,进程：是系统中占用处理机及争夺其它系统资源的实体。用户程序必须在进程中运行。,进程的引入：为了能在作业内某作业步等I/O时,另一逻辑上可并行作业步能使用CPU。引入进程后,逻辑上可并行的作业步可在不同进程中运行。处理机能在进程间切换。*,程序与进程的区别：相同的程序可以在两个以上的进程中运行（如可以创建多个进程运行网页浏览器程序）。程序是作为文件存放在磁盘中，运行时读到内存。而进程是在系统运行期间动态创建的，生命周期不会跨越系统运行周期。程序只有程序语句及有初值数据变量和无初值变量。而进程需要有要处理的输入数据。,并发与共享的问题：并行运行的程序访问共享数据问题举例:(count为共享变量初值=300),存款程序:N=countN=N+100count=N,取款程序:M=countM=M200count=M,如果按以下次序占处理机运行:,N=count,N=N+100;M=count,M=M200,count=M;count=N.结果count=400(应为200)*,1.进程定义,进程:是有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动。特点:动态性:可动态创建,结束,也可是精灵进程并发性:可以被独立调度，占用处理机运行独立性:尽量把并发事务安排到不同的进程制约性:因访问共享数据或进程间同步而产生制约.,进程的组成（1）执行程序及处理数据;（2）一个独立的进程用户空间，在进程创建时由操作系统分配;（3）系统资源;（4）一个执行栈区，包含运行现场信息。,2.进程映像一个进程至少执行一个可执行程序，程序中还包含各种变量。因此一个进程需要足够的存储空间，另外为了执行程序，操作系统还必须为进程分配一个栈区，用来保存过程调用时的现场。进程映像:进程执行程序,数据,用户栈。进程映像如何存放在内存取决于存储管理机制.,3.1.2进程控制块,操作系统要管理进程和资源，就必须拥有每个进程和资源的描述信息以及当前状态信息。这些信息由操作系统建立和维护的表格来表示，也就是进程控制块PCB。进程控制块PCB:系统管理控制进程运行用的信息集合.*,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处于核心段用户进程不能直接访问、修改自己的PCB进程与PCB是一一对应的,PCB含有以下三大类信息：进程标识信息。如本进程的标识；本进程的产生者标识(父进程标识)；进程所属用户标识。处理机状态信息保存区(栈式结构)。实质就是核心栈。保存进程的运行现场信息：用户可用的寄存器或通用寄存器。这是指任何程序都可以使用的数据、地址寄存器。控制和状态寄存器。如程序计数器(PC)；程序状态字(PS)*,控制和状态寄存器充当进程被中断或异常发生时，寄存器信息必须被保护入栈，以便进程中断返回时可以恢复被中断现场，所涉及的寄存器取决于处理机硬件的设计，通常包含用户可见的寄存器、控制和状态寄存器、栈指针等。,3进程控制信息（1）调度和状态信息，用于操作系统调度进程占用处理机。主要包括进程状态：进场当前的执行状况，运行，就绪，等待等。调度相关信息：例如优先级、时间片、已等待时间等。进程调度程序可根据优先级决定进程占用处理机的优先次序。事件：当系统处于等待状态时，指明进程所等待的事件。,3进程控制信息（2）进程间通讯信息，为支持进程间的通讯相关的各种标识，信号，信件等，这些信息存在接收方的进程控制块中。（3）存储管理信息。包含有指向本进程映像存储空间的数据结构。（4）进程所用资源。说明由进程打开，使用的系统资源，如打开的文件等。（5）有关数据结构链接信息，进程可以链接到一个进程队列中，或链接到相关的其它进程PCB.*,PCB的内容,进程描述信息：进程标识符(processID)，唯一，通常是一个整数进程名，通常基于可执行文件名（不唯一）用户标识符(userID)；进程组关系进程控制信息：当前状态优先级(priority)代码执行入口地址程序的外存地址运行统计信息（执行时间、页面调度）进程间同步和通信；阻塞原因,PCB的内容（续）,进程的队列指针进程的消息队列指针所拥有的资源和使用情况：虚拟地址空间的现状打开文件列表CPU现场保护信息：寄存器值（通用、程序计数器PC、状态PSW，地址包括栈指针）指向赋予该进程的段/页表的指针,PCB表组织方式,PCB表：系统把所有PCB组织在一起，并把它们放在内存的固定区域，就构成了PCB表PCB表的大小决定了系统中最多可同时存在的进程个数，称为系统的并发度注：多道程序中的多道与系统并发度不同,PCB表组织方式（续）,链接结构：同一状态进程的PCB组成一个链表，不同状态对应多个不同的链表就绪链表、阻塞链表索引结构：对具有相同状态的进程，分别设置各自的PCB索引表，表明PCB在PCB表中的地址进程队列：不同状态进程分别组成队列运行队列、就绪队列、等待队列,3.2进程状态3.2.1.进程的创建与结束,进程是用于运行用户程序的实体。一般的用户进程都经历了先被创建、运行、最后结束的过程。守护进程/服务进程：有些情况下用进程来循环处理请求队列中的请求，这些进程一般循环运行永不结束，直到系统关机。,3.2进程状态3.2.1.进程的创建与结束,1进程创建,操作系统提供了进程创建的系统调用。用户程序可以通过“进城创建”系统调用创建新的进程去运行新的程序。当要把新进程加入到系统时，操作系统创建管理该进程的系统表格，为进程分配空间并初始化。,3.2进程状态3.2.1.进程的创建与结束,一、进程创建处理过程大致为：接收进程运行现场初始值，初始优先级，初始执行程序描述，其它资源等参数。请求分配进程描述块PCB空间，得到一个内部数字进程标识。用从父进程传来的参数初始化PCB表。产生描述进程空间的数据结构，用初始执行文件初始化进程空间，建立程序段，数据段、栈段等。*,5.用进程运行现场初始值设置处理机现场保护区。造一个进程运行栈帧。6.置好父进程等关系域。7.将进程置成就绪状态。8.将PCB表挂入就绪队列，等待时机被调度运行。*,二、进程结束大致处理过程如下：1.将进程状态改到结束状态2.关闭所有打开文件，设备3.释放用户进程程序文件映射和其他资源4.进行相关信息统计5.清理其相关进程的链接关系，如在UNIX中，将该结束进程的所有子进程链到1号进程，作为1号进程的子进程，并通知父进程自己已结束。6.释放进程映像空间（对于虚存来说如：交换区，所占物理页，将页表所占空间返还系统）7.释放进程控制块(PCB)。8.调用进程调度与切换程序。*,三、进程等待系统调用,如waitpid(pid,在可剥夺的操作系统中，当有更高优先级的进程就绪时，操作系统调度程序可以将正运行进程从运行状态改变为就绪状态，让更高优先级进程运行.*,运行阻塞：当进程请求某样东西且必须等待时，例如，当进程请求操作系统服务，而操作系统得不到所需的资源，或进程请求一个输入/输出操作，操作系统已启动外设，但输入/输出尚未完成，或进程要与其它进程通讯，要接收对方还未发出的信件时进程都会被阻塞。阻塞就绪：当进程要等待事件到来时，它从阻塞变到就绪。*,接收进程,就绪队列1,就绪队列2,.,就绪队列n,超时,事件1发生,事件2发生,等事件1,等事件2,.,处理机,终止进程,事件m发生,等事件m,状态表示方法:,3.2.3进程挂起为了利用系统有限的资源更好地为进程服务，设立了挂起状态，使处于挂起状态的进程不能被立即执行。进程在挂起（Suspend）状态意味着进程没有占用内存空间，处在挂起状态的进程映像在磁盘上。,3.2.3进程挂起,挂起状态是因为如下