操作系统,第2章进程管理

1、第二章 进程(jnchng)管理2.1 进程(jnchng)管理2.2 线程2.3 作业管理2.4 作业与进程的区别共二十五页本章(bn zhn)目标理解和掌握进程的定义、状态、进程控制块和进程队列(duli)等知识。理解和掌握进程的调度算法。理解线程知识。理解作业管理和作业调度。共二十五页2.1 进程(jnchng)管理 1.程序的顺序执行： 程序在机器中严格按顺序执行并独占系统资源；程序执行的速度(sd)与结果无关。封闭性：程序一旦执行，其结果只取决于程序本身；可再现性：机器在同一数据集上重复执行同样的程序，其结果相同程序的并发执行：多个程序同时在一台计算机中运行，各程序不再独自占有所需资

2、源，而是在轮流使用共享资源时相互制约，执行过程往往是走走停停，失去了封闭性和可再现性，但是却提高了资源利用率。2.1.1 程序的执行共二十五页2.并发(bngf)执行输入第一批输入第二批输入第三批处理第一批处理第二批处理第三批输出第一批输出第二批输出第三批并发性。即指系统中有多个程序同时执行。在单个CPU系统中，多个并发执行的程序虽然从宏观上并行执行，但是从微观上来看，它们是分时，轮流地占用CPU时间，所以是串行的。随机性。在多道程序环境下，尤其是在多用户环境下，程序和数据的输入与执行时间都是随机的。资源共享。任何一个计算机系统中的软、硬件资源数量(shling)总是有限的，这就要求系统资源允

3、许被多个并发执行的程序所共享。共二十五页进程与程序的关系 1.程序是静态的概念(ginin)，进程是动态的概念(ginin)； 2.进程是一个能独立运行的单位，能与其他进程并发执行而程序则不能 3.程序和进程无一一对应的关系 4.各进程在并发执行中会产生相互制约，而程序本身是静态的，没有这种异步特征。进程是一个程序在一个数据集上的一次运行。2.1.2 进程(jnchng)概念的引入共二十五页进程(jnchng)的特征动态性：进程有一定的生命期，“它由创建而产生，由调度而执行，由撤消而消亡”。并发性：多个进程并发执行。独立性：能独立运行、独立分配资源和独立调度的基本单位。异步性：进程按各自独立的

4、、不可预知的速度向前推进，按异步方式运行。结构特征：进程实体包括(boku)程序段、数据集和进程控制块。共二十五页2.1.3、进程的状态(zhungti)及其转换进程的基本状态(zhungti)：就绪态、运行态、阻塞态。各状态的相互转换： 就绪运行 运行阻塞 阻塞就绪 运行就绪等待某事件发生进程调度时间片到所等待事件发生运行就绪阻塞共二十五页2.1.4、进程(jnchng)控制块进程组成：进程控制块，程序段，数据集合。 进程控制块 进程标识信息、说明信息、现场信息和管理信息（进程名、 状态(zhungti)信息、调度优先权、通信信息、现场保护区、资源供求和分配控制信息、族关系信息等） 程序段

5、各种基本结构组成的指令集合 数据集合 各种类型的数据 PCB程序部分数据集合 共二十五页PCB是进程存在(cnzi)的唯一标识思考题： 为什么PCB是进程存在的唯一(wi y)标识？提示：操作系统根据PCB对进程实施控制和管理；共二十五页进程队列：将具有(jyu)相同状态的PCB按一定的方式组织起来，构成的队列。分三种队列：执行队列、就绪队列、阻塞队列。2.1.5 进程(jnchng)队列执行队列头指针PCB4就绪队列头指针PCB2PCB3PCB5PCBn阻塞队列头指针PCB1PCB6-1-1图 PCB的各种队列共二十五页线性方式：线性队列(duli)链接方式：链接表索引方式：索引表线性表队列

6、(duli)250036004800250025022504链接表队列索引表共二十五页PCB0PCB1PCB2 PCBn 内存(ni cn)中的专用区域共二十五页2.1.6 进程(jnchng)控制原语操作：机器指令编制的一段完成特殊功能的系统程序。进程控制的作用：系统对所有进程整个生命期的有效管理和控制。 1、创建原语 2、撤销(chxio)原语 3、阻塞原语 4、唤醒原语共二十五页 1 创建(chungjin)原语 一个进程可借助于创建原语来创建一个新进程。创建一个新进程的主要工作是： 申请一空闲PCB无空闲PCB，则创建失败；否则产生PID（进程标识）申请必要的资源初始化PCB插入就绪队

7、列 2 撤消进程原语找出被撤消进程的PCB该进程若正在执行，则终止该进行的执行该进程若有子进程，则撤消其所有子进程将该进程所拥有的全部资源，归还给父进程或系统将被撤消进程的PCB从所在队列（或链表）中清除，放回到空闲PCB队列。共二十五页3进程的阻塞原语 正在(zhngzi)执行的进程，当出现请求操作系统服务、启动某种操作、新数据尚未到达、无新工作可做等事件时，由于无法继续运行，于是自己便通过调用block原语，把自己阻塞起来。保存CPU现场置该进程的状态被阻塞进程入等待队列转进程调度。4进程的唤醒原语 被阻塞进程等待的事件到，由与之相关的进程将其唤醒（被阻塞的进程不能自己唤醒自己）把被阻塞进

8、程从相应阻塞队列中取出；将现行状态由阻塞改为就绪；然后插入到就绪队列；根据优先情况调整调度标志共二十五页调度算法 先来先服务（FCFS）调度算法：这种调度算法是按照进程进入就绪队列的先后次序来选择可占用处理器的进程。时间片轮转：将所有的就绪进程按到达的先后顺序排队，并将CPU的时间分成固定大小的时间片，如果一个进程被调度选中后用完了时间片，但并未完成要求的任务，则它将自行释放自己所占的CPU而重新排列就绪队列的末尾，等待下一次调度。 优先级调度算法：为进程设置不同的优先级，就绪队列按进程优先级的不同而排列，每次总是从就绪队列中选取(xunq)优先级最高的进程运行。2.1.7 进程(jnchng

9、)调度共二十五页2.2 线程 2.2.1 线程的概念 1.定义：线程是进程中的一个可执行实体，是系统进行调度和执行的基本单位。 2.状态：就绪、运行、阻塞。 3.线程与进程比较2.2.2 线程的种类与实现(shxin)（了解） 共二十五页线程与进程(jnchng)的区别可以归纳为以下几点：1）地址空间和其它资源（如打开文件）：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。 2）通信：线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信需要进程同步和互斥手段(shudun)的辅助，以保证数据的一致性。 3）调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。 4）在多线

10、程OS中，进程不是一个可执行的实体。 共二十五页2.3 作业管理2.3.1 什么是作业和作业步 从用户角度说，作业是要求(yoqi)计算机系统处理的一个问题或一个事务处理过程中要求(yoqi)计算机系统所做工作的集合，包括用户程序、所需的数据及命令等。 把计算机系统在完成一个作业过程中所做一些相对独立的工作称为作业步。 共二十五页2.3.2 作业(zuy)的状态作业状态的相互(xingh)转换时间片完等待某个事件发生等待事件结束等待就绪运行进程调度作业调度后备状态作业提交完成状态作业调度运行状态共二十五页2.3.3 作业调度1.处理器的两级调度（1）高级调度 高级调度又称为作业调度。其主要功能

11、是根据一定的算法，把处于后备队列中的那些作业调入内存，分配必要的资源，并为它们建立相应的用户作业进程和为其服务的系统的进程（如输入/输出进程），然后将创建的进程送入就绪队列，等待进程调度程序对其执行调度，并在作业完成后作善后处理工作，回收系统资源。（2）低级调度 低级调度又称进程调度，这在前面我们已经介绍过。这里(zhl)就不再重复讲述。共二十五页2.作业调度 作业调度的主要功能是按照某种原则从后备作业队列中选取作业进入内存，并为作业做好运行(ynxng)前的准备工作和作业完成后的处理工作。常见的作业调度算法有：（1）先来先服务（FCFS）（2）短作业优先（SJF） （3）响应比高者优先（HR

12、N） （4）优先级法共二十五页2.4 作业(zuy)与进程区别 （1）作业是用户向计算机提交任务的任务实体。在用户向计算机提交作业后，系统将它放入外存中的作业等待队列(duli)中等待执行。而进程则是完成用户任务的执行实体，是向系统申请分配资源的基本单位。任一进程，只要它被创建，总有相应的部分存在于内存中。（2）一个作业可由多个进程组成，且必须至少由一个进程组成，反过来则不成立。（3）作业的概念主要用在批处理系统中，像UNIX这样的分时系统中就没有作业的概念。而进程的概念则用在几乎所有的多道程序系统中。共二十五页本章(bn zhn)小结1、进程的引入、定义、进程控制块、进程状态及状态间的转换，进程调度算法(sun f)。2、线程的概念3、作业、作业步、作业状态、作业调度共二十五页内容摘要第二章 进程管理。封闭性：程序一旦执行，其结果只取决于程序本身。进程是一个程序在一个数据集上的一次运行(ynxng)。并发性：多个进程并发执行。独立性：能独立运行(y