嵌入式系统及应用：操作系统2-进程基本描述

1、第三章 进程管理本章要点基础：进程描述及控制实现：互斥与同步避免：死锁与饥饿解决：几个经典问题关于：进程通信引申：进程与线程 第一章 绪论 第二章 操作系统用户界面 第三章进程管理第四章 处理机调度第五章存储管理 第六章 进程与存储管理示例 第七章 Windows的进程与内存管理第八章文件系统 第九章设备管理第十章 Linux文件系统 第十一章 Windows的设备管理和文件系统主要内容本章主要内容第三章 进程管理3.1 进程的概念3.2 进程的描述3.3 进程状态及其转换 3.4 进程控制3.5 进程互斥3.6 进程同步3.7 进程通信3.8 死锁问题3.9 线程的概念3.10 线程分类与执

2、行3.1 进程概念程序的顺序执行及其特征程序的并发执行及其特征进程的定义程序的顺序执行程序：源代码程序、目标程序和可执行程序程序执行：编辑、编译、链接、执行程序的结构：顺序结构、分支结构和循环结构程序的顺序执行程序顺序执行的特征：顺序性、封闭性、可再现性 程序顺序执行流程图数据输入进行计算输出结果程序的顺序执行顺序执行例1输入I，计算C，打印P程序并发执行多道程序设计技术：多个程序并发执行程序并发执行时的特征：间断性、非封闭性、不可再现性程序并发执行引发的问题协调各程序的执行顺序多个执行程序共享系统资源，程序之间可能会相互影响，甚至影响输出结果选择哪些、多少个程序进入内存执行？内存中的执行程序

3、谁先执行？内存如何有效分配？3.1.2 进程的定义定义：可并发执行的程序，在一个数据集合上的运行过程申请/拥有资源程序：静态概念，是指令和数据的集合，可长期存储进程与程序的对应关系：一个程序可以对应一个进程或多个进程一个进程可以对应一个程序，或者一段程序进程的特征动态性并发性独立性异步性引入进程带来的问题 增加了空间开销：为进程建立数据结构额外的时间开销：管理和协调、跟踪、填写和更新有关数据结构、切换进程、保护现场更难控制：协调多个进程竞争和共享资源如何预防解决多个进程因为竞争资源而出现故障处理机的竞争尤为突出PCB进程标识信息：进程的内部和外部标识符处理机状态信息：通用寄存器值、指令计数器值

4、、程序状态字PSW值、用户栈指针值进程调度信息：进程状态、进程优先权、进程调度的其他信息其它信息：程序及数据地址、进程同步和通讯机制、资源清单、链接指针进程上下文 概念：进程物理实体和支持进程运行的环境合称为进程上下文(Context)。 进程上下文 进程上下文包括： 程序段在经过编译之后形成的机器指令代码集（或称正文段）； 数据集； PCB结构； 与执行该进程有关的各种寄存器的值（例如通用寄存器、程序计数器PC、程序状态字寄存器PS等）; 各种堆栈值。进程上下文所以，进程上下文实际上是进程执行活动全过程的静态描述。(程序、状态、通用寄存器) PCB表各种指针各种寄存器程序代码数据 堆栈进程上

5、下文在UNIX系统中，进程的上下文由3部分组成：用户级上下文，系统级上下文，寄存器上下文。(1)用户级上下文 (2)系统级上下文 (3)寄存器上下文 进程上下文关于进程上下文需注意如下两点： 1、进程上下文可按一定的执行层次进行组合，例如可分为用户级上下文、系统级上下文等。 2、一个进程的执行是在该进程的上下文中进行，而当系统调度新进程占有处理机时，新老进程的上下文发生转换。 3.3 进程状态及其转换为了刻画整个进程，可将一个进程的生命周期划分为一组状态：1、进程的5种状态（三种基本状态）new新建/创建(初始态):进程正在创建中的状态ready就绪: 进程已获得了除处理机以外的所有资源，等待

6、分配处理机执行的等待状态。running运行/执行: 当一个进程获得必要的资源并正在处理机上执行的状态。waiting等待/阻塞: 正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法执行下去，此时进程所处的状态。terminated终止/撤消/退出：进程执行完毕，释放所占资源的状态。3.3 进程状态及其转换就绪状态： 该进程运行所需的一切条件都得到满足，但因处理机资源个数少于进程个数，所以该进程不能运行，而必须等待分配处理机资源，一旦获得处理机就立即投入运行。3.3 进程状态及其转换执行状态： 进程正在处理机上运行的状态，该进程已获得必要的资源，也获得了处理机，用户程序正在处理机上运行。3.3 进程状态及

7、其转换阻塞状态； 进程等待某种事件完成（例如，等待输入/输出操作的完成）而暂时不能运行的状态，处于该状态的进程不能参加竞争处理机，此时，即使分配给它处理机，它也不能运行。3.3 进程状态及其转换状态变化： 就绪状态 执行状态 执行状态 就绪状态 执行状态 阻塞状态 阻塞状态 就绪状态3.3 进程状态及其转换挂起状态：进程被交换到外存产生原因：终端用户的请求父进程请求负荷调节的需要操作系统的需要被挂起进程的特征不能立即执行可能是等待某事件发生，若是，则阻塞条件独立于挂起条件，即使阻塞事件发生，该进程也不能执行使之挂起的进程：自身、其父进程、OS只有挂起它的进程才能使之由挂起状态转换为其他状态挂起

8、与阻塞区分两个概念：进程是否等待事件：阻塞与否进程是否被换出内存：挂起与否4种状态组合：就绪：进程在内存，准备执行（活动就绪）阻塞：进程在内存，等待事件（活动阻塞）就绪/挂起：进程在外存，只要调入内存即可执行（静止就绪）阻塞/挂起：进程在外存，等待事件（静止阻塞）3.3 进程状态及其转换活动状态与静止状态活动就绪 静止就绪活动阻塞 静止阻塞静止就绪 活动就绪静止阻塞 活动阻塞3.4 进程控制进程控制原语：1.创建与撤销2.阻塞与唤醒3.挂起与激活进程创建：原因提交新的批处理作业交互式用户注册操作系统提供服务父进程创建子进程进程创建：步骤1.为进程分配一个唯一标识号ID：主进程表中增加一个新的表

9、项2.为进程分配空间：用户地址空间、用户栈空间、PCB空间。若共享已有空间，则应建立相应的链接3.初始化PCB：进程标识、处理机状态信息、进程状态3.建立链接：若调度队列是链表，则将新进程插入到就绪或就绪/挂起链表5.建立或扩展其他数据结构进程终止：原因批处理作业执行到“结束”语句交互式用户“注销”停止进程（应用程序）的执行遇到错误或故障进程终止：具体原因正常结束超时终止，执行时间超过预计时间内存不足，无法为进程分配所需的内存空间越界访问企图使用未允许用的数据，或操作方式错计算错，如除零，或企图存储硬件允许的最大数超时等待某事件发生进程终止：具体原因I/O失败，如找不到文件或多次重试仍无法读写

10、文件，或无效操作无效指令，企图执行不存在的指令特权指令，企图执行特权指令数据类型不符，或未初始化操作员或OS干预，如发生死锁的时候父进程终止父进程请求进程终止：步骤1.根据被终止进程的标识符ID，找到其PCB，读出该进程的状态2.若该进程未执行状态，则终止其执行，调度新进程执行3.若该进程有子孙进程，则立即终止其所有子孙进程3.将该进程的全部资源，或归还给其父进程，或归还给系统5.将被终止进程（的PCB）从所在队列中衣橱，等待其他程序来收集信息进程的阻塞和唤醒阻塞原因：请求系统服务；启动某种操作，如I/O；新数据尚未到达；暂时无新工作可做等当出现阻塞事件，进程调用阻塞原语将自己阻塞。并将其状态变为“阻塞状态”，并进入相应时间的阻塞队列；当阻塞进程期待的事件发生，有关进程调用唤醒原语，将等待该事件的进程唤醒。并将其状态变为“就绪状态”，插入就绪队列一般，进程可以自己阻塞自己；而唤醒操作则