嵌入式系统教学：操作系统2-进程基本描述ppt课件

1、第三章第三章 进程管理进程管理sh_licsy163sh_licsy163本章要点本章要点根底：进程描画及控制根底：进程描画及控制实现：互斥与同步实现：互斥与同步防止：死锁与饥饿防止：死锁与饥饿处理：几个经典问题处理：几个经典问题关于：进程通讯关于：进程通讯引申：进程与线程引申：进程与线程 第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 操作系统用户界面操作系统用户界面 第三章进程管理第三章进程管理第四章第四章 处置机调度处置机调度第五章存储管理第五章存储管理 第六章第六章 进程与存储管理例如进程与存储管理例如 第七章第七章 Windows Windows的进程与内存管理的进程与内存管理第八章文件系统第

2、八章文件系统 第九章设备管理第九章设备管理第十章第十章 Linux Linux文件系统文件系统 第十一章第十一章 Windows Windows的设备管理和文件系统的设备管理和文件系统主要内容主要内容本章主要内容本章主要内容第三章第三章 进程管理进程管理3.1 3.1 进程的概念进程的概念3.2 3.2 进程的描画进程的描画3.3 3.3 进程形状及其转换进程形状及其转换 3.4 3.4 进程控制进程控制3.5 3.5 进程互斥进程互斥3.6 3.6 进程同步进程同步3.7 3.7 进程通讯进程通讯3.8 3.8 死锁问题死锁问题3.9 3.9 线程的概念线程的概念3.10 3.10 线程分类

3、与执行线程分类与执行3.1 3.1 进程概念进程概念o程序的顺序执行及其特征o程序的并发执行及其特征o进程的定义程序的顺序执行程序的顺序执行程序：源代码程序、目的程序和可执行程序程序：源代码程序、目的程序和可执行程序程序执行：编辑、编译、链接、执行程序执行：编辑、编译、链接、执行程序的构造：顺序构造、分支构造和循环构造程序的构造：顺序构造、分支构造和循环构造程序的顺序执行程序的顺序执行程序顺序执行的特征：程序顺序执行的特征：顺序性、封锁性、可再现性顺序性、封锁性、可再现性 程序顺序执行流程图程序顺序执行流程图数据输入进展计算输出结果程序的顺序执行程序的顺序执行o顺序执行例1o输入I，计算C，打

4、印P程序并发执行程序并发执行o多道程序设计技术：多个程序并发执行多道程序设计技术：多个程序并发执行o程序并发执行时的特征：延续性、非封锁性、程序并发执行时的特征：延续性、非封锁性、不可再现性不可再现性程序并发执行引发的问题程序并发执行引发的问题o协调各程序的执行顺序协调各程序的执行顺序o多个执行程序共享系统资源，程序之间能够会相互多个执行程序共享系统资源，程序之间能够会相互影响，甚至影响输出结果影响，甚至影响输出结果o选择哪些、多少个程序进入内存执行？选择哪些、多少个程序进入内存执行？o内存中的执行程序谁先执行？内存中的执行程序谁先执行？o内存如何有效分配？内存如何有效分配？3.1.2 3.1

5、.2 进程的定义进程的定义o定义：定义：o可并发执行的程序，在一个数据集合上的运可并发执行的程序，在一个数据集合上的运转过程转过程o恳求恳求/拥有资源拥有资源o程序：静态概念，是指令和数据的集合，可程序：静态概念，是指令和数据的集合，可长期存储长期存储o进程与程序的对应关系：进程与程序的对应关系：o一个程序可以对应一个进程或多个进程一个程序可以对应一个进程或多个进程o一个进程可以对应一个程序，或者一段程序一个进程可以对应一个程序，或者一段程序进程的特征进程的特征动态性动态性并发性并发性独立性独立性异步性异步性引入进程带来的问题引入进程带来的问题 o添加了空间开销：为进程建立数据构造添加了空间开

6、销：为进程建立数据构造o额外的时间开销：管理和协调、跟踪、填写和更新有额外的时间开销：管理和协调、跟踪、填写和更新有关数据构造、切换进程、维护现场关数据构造、切换进程、维护现场o更难控制：更难控制：o协调多个进程竞争和共享资源如何预防协调多个进程竞争和共享资源如何预防o处理多个进程由于竞争资源而出现缺点处理多个进程由于竞争资源而出现缺点o处置机的竞争尤为突出处置机的竞争尤为突出PCBPCBo进程标识信息：进程的内部和外部标识符进程标识信息：进程的内部和外部标识符o处置机形状信息：通用存放器值、指令计数器值、处置机形状信息：通用存放器值、指令计数器值、程序形状字程序形状字PSWPSW值、用户栈指

7、针值值、用户栈指针值o进程调度信息：进程形状、进程优先权、进程调度进程调度信息：进程形状、进程优先权、进程调度的其他信息的其他信息o其它信息：程序及数据地址、进程同步和通讯机制、其它信息：程序及数据地址、进程同步和通讯机制、资源清单、链接指针资源清单、链接指针进程上下文进程上下文 概念：概念：进程物理实体和支持进程运转的环境合进程物理实体和支持进程运转的环境合称为进程上下文称为进程上下文(Context)(Context)。 进程上下文进程上下文 进程上下文包括：进程上下文包括： 程序段在经过编译之后构成的机器指令代码程序段在经过编译之后构成的机器指令代码集或称正文段；集或称正文段； 数据集；

8、数据集； PCBPCB构造；构造； 与执行该进程有关的各种存放器的值例如与执行该进程有关的各种存放器的值例如通用存放器、程序计数器通用存放器、程序计数器PCPC、程序形状字存放器、程序形状字存放器PSPS等等; ; 各种堆栈值。各种堆栈值。进程上下文进程上下文所以，所以，进进程上下文程上下文实践实践上是上是进进程程执执行活行活动动全全过过程程的的静态静态描描画画。( (程序、形程序、形状状、通用存放器、通用存放器) ) PCBPCB表表各种指针各种指针各种存放器各种存放器程序代码程序代码数据数据 堆栈堆栈进程上下文进程上下文在在UNIXUNIX系统中，进程的上下文由系统中，进程的上下文由3 3

9、部分组成：部分组成：用户级上下文，系统级上下文，存放器上下文。用户级上下文，系统级上下文，存放器上下文。 (1)(1)用户级上下文用户级上下文 (2)(2)系统级上下文系统级上下文 (3)(3)存放器上下文存放器上下文 进程上下文进程上下文关于进程上下文需留意如下两点：关于进程上下文需留意如下两点： 1 1、进程上下文可按一定的执行层次进展组合，、进程上下文可按一定的执行层次进展组合，例如可分为用户级上下文、系统级上下文等。例如可分为用户级上下文、系统级上下文等。 2 2、一个进程的执行是在该进程的上下文中进、一个进程的执行是在该进程的上下文中进展，而当系统调度新进程占有处置机时，新老进展，而

10、当系统调度新进程占有处置机时，新老进程的上下文发生转换。程的上下文发生转换。 3.3 3.3 进程形状及其转换进程形状及其转换为了描写整个进程，可将一个进程的生命周期划分为一组形状：为了描写整个进程，可将一个进程的生命周期划分为一组形状：1 1、进程的、进程的5 5种形状三种根本形状种形状三种根本形状newnew新建新建/ /创建创建( (初始态初始态):):进程正在创建中的形状进程正在创建中的形状readyready就绪就绪: : 进程已获得了除处置机以外的一切资源，等待分配进程已获得了除处置机以外的一切资源，等待分配处置机执行的等待形状。处置机执行的等待形状。runningrunning运

11、转运转/ /执行执行: : 当一个进程获得必要的资源并正在处置机上当一个进程获得必要的资源并正在处置机上执行的形状。执行的形状。waitingwaiting等待等待/ /阻塞阻塞: : 正在执行的进程由于发生某事件而暂时无正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法执行下去，此时进程所处的形状。法执行下去，此时进程所处的形状。terminatedterminated终止终止/ /吊销吊销/ /退出：进程执行终了，释放所占资源的形退出：进程执行终了，释放所占资源的形状。状。3.3 3.3 进程形状及其转换进程形状及其转换就绪形状：就绪形状： 该进程运转所需的该进程运转所需的一切条件都得到满足，一切条件

12、都得到满足，但因处置机资源个数少但因处置机资源个数少于进程个数，所以该进于进程个数，所以该进程不能运转，而必需等程不能运转，而必需等待分配处置机资源，一待分配处置机资源，一旦获得处置机就立刻投旦获得处置机就立刻投入运转。入运转。3.3 3.3 进程形状及其转换进程形状及其转换执行形状：执行形状： 进程正在处置机上进程正在处置机上运转的形状，该进程运转的形状，该进程已获得必要的资源，已获得必要的资源，也获得了处置机，用也获得了处置机，用户程序正在处置机上户程序正在处置机上运转。运转。3.3 3.3 进程形状及其转换进程形状及其转换阻塞形状；阻塞形状； 进程等待某种事件进程等待某种事件完成例如，等

13、待输完成例如，等待输入入/输出操作的完成输出操作的完成而暂时不能运转的形而暂时不能运转的形状，处于该形状的进状，处于该形状的进程不能参与竞争处置程不能参与竞争处置机，此时，即使分配机，此时，即使分配给它处置机，它也不给它处置机，它也不能运转。能运转。3.3 3.3 进程形状及其转换进程形状及其转换形形状变状变化：化： 就就绪绪形形状状 执执行形行形状状 执执行形行形状状 就就绪绪形形状状 执执行形行形状状 阻塞形阻塞形状状 阻塞形阻塞形状状 就就绪绪形形状状3.3 3.3 进程形状及其转换进程形状及其转换o挂起形状：进程被交换到外存挂起形状：进程被交换到外存o产生缘由：产生缘由：o终端用户的恳

14、求终端用户的恳求o父进程恳求父进程恳求o负荷调理的需求负荷调理的需求o操作系统的需求操作系统的需求被挂起进程的特征被挂起进程的特征o不能立刻执行不能立刻执行o能够是等待某事件发生，假设是，那么阻塞条能够是等待某事件发生，假设是，那么阻塞条件独立于挂起条件，即使阻塞事件发生，该进件独立于挂起条件，即使阻塞事件发生，该进程也不能执行程也不能执行o使之挂起的进程：本身、其父进程、使之挂起的进程：本身、其父进程、OSo只需挂起它的进程才干使之由挂起形状转换为只需挂起它的进程才干使之由挂起形状转换为其他形状其他形状挂起与阻塞挂起与阻塞o区分两个概念：区分两个概念：o进程能否等待事件：阻塞与否进程能否等待

15、事件：阻塞与否o进程能否被换出内存：挂起与否进程能否被换出内存：挂起与否o4种形状组合：种形状组合：o就绪：进程在内存，预备执行活动就绪就绪：进程在内存，预备执行活动就绪o阻塞：进程在内存，等待事件活动阻塞阻塞：进程在内存，等待事件活动阻塞o就绪就绪/挂起：进程在外存，只需调入内存即可执行静挂起：进程在外存，只需调入内存即可执行静止就绪止就绪o阻塞阻塞/挂起：进程在外存，等待事件静止阻塞挂起：进程在外存，等待事件静止阻塞3.3 3.3 进程形状及其转换进程形状及其转换o活动形状与静止形状活动形状与静止形状o活动就绪活动就绪 静止就绪静止就绪o活动阻塞活动阻塞 静止阻塞静止阻塞o静止就绪静止就绪

16、 活动就绪活动就绪o静止阻塞静止阻塞 活动阻塞活动阻塞3.4 3.4 进程控制进程控制进程控制原语：进程控制原语：1.1.创建与撤销创建与撤销2.2.阻塞与唤醒阻塞与唤醒3.3.挂起与激活挂起与激活进程创建：缘由进程创建：缘由o提交新的批处置作业提交新的批处置作业o交互式用户注册交互式用户注册o操作系统提供效力操作系统提供效力o父进程创建子进程父进程创建子进程进程创建：步骤进程创建：步骤1.1.为进程分配一个独一标识号为进程分配一个独一标识号IDID：主进程表中添加一个新的表：主进程表中添加一个新的表项项2.2.为进程分配空间：用户地址空间、用户栈空间、为进程分配空间：用户地址空间、用户栈空间

17、、PCBPCB空间。空间。假设共享已有空间，那么应建立相应的链接假设共享已有空间，那么应建立相应的链接3.3.初始化初始化PCBPCB：进程标识、处置机形状信息、进程形状：进程标识、处置机形状信息、进程形状3.3.建立链接：假设调度队列是链表，那么将新进程插入到就绪建立链接：假设调度队列是链表，那么将新进程插入到就绪或就绪或就绪/ /挂起链表挂起链表5.5.建立或扩展其他数据构造建立或扩展其他数据构造进程终止：缘由进程终止：缘由o批处置作业执行到批处置作业执行到“终了语句终了语句o交互式用户交互式用户“注销注销o停顿进程运用程序的执行停顿进程运用程序的执行o遇到错误或缺点遇到错误或缺点进程终止

18、：详细缘由进程终止：详细缘由o正常终了正常终了o超时终止，执行时间超越估计时间超时终止，执行时间超越估计时间o内存缺乏，无法为进程分配所需的内存空间内存缺乏，无法为进程分配所需的内存空间o越界访问越界访问o企图运用未允许用的数据，或操作方式错企图运用未允许用的数据，或操作方式错o计算错，如除零，或企图存储硬件允许的最大数计算错，如除零，或企图存储硬件允许的最大数o超时等待某事件发生超时等待某事件发生进程终止：详细缘由进程终止：详细缘由oI/OI/O失败，如找不到文件或多次重试仍无法读写文件，失败，如找不到文件或多次重试仍无法读写文件，或无效操作或无效操作o无效指令，企图执行不存在的指令无效指令

19、，企图执行不存在的指令o特权指令，企图执行特权指令特权指令，企图执行特权指令o数据类型不符，或未初始化数据类型不符，或未初始化o操作员或操作员或OSOS干涉，如发生死锁的时候干涉，如发生死锁的时候o父进程终止父进程终止o父进程恳求父进程恳求进程终止：步骤进程终止：步骤1.1.根据被终止进程的标识符根据被终止进程的标识符IDID，找到其，找到其PCBPCB，读出该进程的形，读出该进程的形状状2.2.假设该进程未执行形状，那么终止其执行，调度新进程执行假设该进程未执行形状，那么终止其执行，调度新进程执行3.3.假设该进程有子孙进程，那么立刻终止其一切子孙进程假设该进程有子孙进程，那么立刻终止其一切子孙进程3.3.将该进程的全部资源，或归还给其父进程，或归还给系统将该进程的全部资源，或归还给其父进程，或归还给系统5.5.将被终止进程的将被终止进程的PCBPCB从所在队列中衣橱，等待其他程序从所在队列中衣橱，等待其他程序来搜集信息来搜集信息进程的阻塞和唤醒进程的阻塞和唤醒o阻塞缘由：恳求系统效力；启动