工学操作系统课件-第2章-进程

第二章进程管理

第一节：进程的概念第二章进程管理第一节：进程的概念1前趋图：是一个有向无循环图。

前趋图用于描述进程之间执行的前后关系。图中的每个结点可用于描述一个程序段或进程，乃至一条语句；结点间的有向边则用于表示两个结点之间存在的偏序或前趋关系“→”。节点前趋图：是一个有向无循环图。前趋图用于描述进程之间执行的前2图2－1(a)中存在着这样的前趋关系：P1→P2,P1→P3,P1→P4,P2→P5,P3→P5,P4→P6,P4→P7,P5→P8,P6→P8,P7→P9,P8→P9图2-1前趋图图2－1(a)中存在着这样的前趋关系：图2-1前趋图3或表示为：P={P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9}→={(P1,P2),(P1,P3),(P1,P4),(P2,P5),(P3,P5),(P4,P6),(P4,P7),(P5,P8),(P6,P8),(P7,P9),(P8,P9)}应当注意，前趋图中必须不存在循环，但在图2-1(b)中却有着下述的前趋关系：S2→S3,S3→S2

图2-1前趋图或表示为：应当注意，前趋图中必须不存在循环，但在图2-1(41、程序的顺序执行1、程序的顺序执行5图2-2程序的顺序执行S1:a∶=x+y;S2:b∶=a-5;S3:c∶=b+1;试想S1、S2、S3三条语句以何顺序执行？1、程序的顺序执行图2-2程序的顺序执行S1:a∶=x+y;试想S6程序顺序执行时的特征

顺序性：(2)封闭性(运行时候独占处理机资源，运行结果不受外界影响)－程序可再现性：(3)可再现性(初始条件相同，结果相同)程序顺序执行时的特征顺序性：72、程序的并发执行及其特征

2、程序的并发执行及其特征82、程序的并发执行及其特征2.1程序的并发执行图2-3并发执行时的前趋图在该例中存在下述前趋关系：Ii→Ci，Ii→Ii+1,Ci→Pi,Ci→Ci+1，Pi→Pi+1而Ii+1和Ci及Pi-1是重迭的，亦即在Pi-1和Ci以及Ii+1之间，可以并发执行。如何实现并发执行？2、程序的并发执行及其特征2.1程序的并发执行图2-39对于具有下述四条语句的程序段：S1:a∶=x+2S2:b∶=y+4S3:c∶=a+bS4:d∶=c+b请画出前趋关系图。对于具有下述四条语句的程序段：102.2程序并发执行时的特征

间断性(相互制约性)－后面的模块等待前面的模块传来的结果，然后才执行（如打印模块等待计算模块完成）。走走停停。失去封闭性：多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态将由多个程序来改变，致使程序的运行已失去了封闭性。

结果是一个程序运行时会受到另一个程序的影响。不可再现性：程序在并发执行时，由于失去了封闭性，也将导致失去其可再现性下面看个小例子：2.2程序并发执行时的特征间断性(相互制约性)－后面的模11例如，有两个循环程序A和B，它们共享一个变量N。程序A每执行一次时，都要做N∶=N+1操作；程序B每执行一次时，都要执行Print(N)操作，然后再将N置成“0”。程序A和B以不同的速度运行。(1)N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之前，此时得到的N值分别为n+1,n+1,0。(2)N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之后，此时得到的N值分别为n,0,1。(3)N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之间，此时得到的N值分别为n,n+1,0。结论：程序在并发执行时，由于失去了封闭性，其计算结果已经和并发执行速度有关，从而使程序失去了可再现性，亦即，程序经过多次执行后，虽然他们执行时的环境和初始条件相同，但得到的结果却不相同。例如，有两个循环程序A和B，它们共享一个变量N12

顺序执行:并发执行：程序具有封闭性程序失去封闭性独享资源共享资源(互为存在条件)可再现性程序与“计算”不再一一对应有相互制约[工学]操作系统课件-第2章-进程133、进程(Process)3、进程(Process)143.1较典型的进程定义有：进程是程序的一次执行。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。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。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。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；3.1较典型的进程定义有：进程是程序的一次执行。153.2进程的组成：进程的实体由：程序段、数据段、进程控制块PCB组成。有人把这三部分称为”进程映像”.

通常的程序是不能并发执行的,为使程序能并发执行,应为之配置一进程控制块,即PCB;所谓创建进程是指创建进程实体中的PCB，撤销亦如此。3.2进程的组成：161)结构化特征：含代码段、数据段和核心段（在地址空间中）2)动态性：进程的实质是进程实体的一次执行过程，动态性是进程的最基本特征。3)并发性:指多个进程实体同存于内存中，且能在一段时间内同时运行，它是进程的重要特征，也是操作系统的重要特征。4)独立性:各进程的地址空间相互独立，除非采用进程间通信手段；5)异步性:这是指进程按各自独立的，不可预知的速度向前推进。导致程序执行的不可再现性3.3进程的特征：1)结构化特征：含代码段、数据段和核心段（在地址空间中）171)程序是静态的，进程是动态的;（是根本区别）

程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。2)进程和程序不是一一对应的;一个程序可对应多个进程,即多个进程可执行同一程序

;一个进程可以执行一个或几个程序

3)进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。4)进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）。5)进程具有创建其他进程的功能，而程序没有。3.4进程与程序的区别1)程序是静态的，进程是动态的;（是根本区别）3.4进程与程18程序与进程的类比

程序进程唱歌的曲谱或音乐乐器的乐谱

演出或演奏

剧本

演出

火车

列车

程序与进程的类比

程序进程唱歌的191、判断题：进程是一个程序在某数据集上的一次执行，所以不同进程对应不同的程序。分析：进程是程序在某数据集上得一次执行，但是不同进程可以对应同一程序。2、程序顺序执行与并发执行有什么不同？3、用户程序必须在进程中运行。正确4、判断题：两次打开Word字处理程序，编辑同一篇文章，因为程序一样(Word2003)，数据一样(同一篇文章)，所以系统中运行的这两个Word字处理程序是同一个进程。错误，运行的是2个不同的进程1、判断题：进程是一个程序在某数据集上的一次执行，所以不同进203.5处理机调度器（dispatcher）把处理机从一个进程切换到另一个进程；防止某进程独占处理机；处理机调度器（进程调度）:是操作系统中的一段代码，它完成如下功能：3.5处理机调度器（dispatcher）把处理机从一个进程213.6进程的三种基本状态

1）就绪(Ready)状态：已分配到除CPU以外的所有必要的资源，只要能再获得处理机，便可立即执行的状态。多个排成一队称为就绪队列。2)执行状态：指进程已获得处理机，其程序正在执行;在单处理机系统中，只能有一个进程处于执行状态;在多处理机系统中，则可能多个进程处于执行状态。3)阻塞状态：进程因发生某事件(如请求I／O、申请缓冲空间等)而暂停执行时的状态，亦即进程的执行受到阻塞，故称这种暂停状态为阻塞状态，有时也称为“等待”状态或“睡眠”状态。通常将处于阻塞状态的进程排成一个队列，称为阻塞队列。在有的系统中，按阻塞原因的不同而将处于阻塞状态的进程排成多个队列。3.6进程的三种基本状态1）就绪(Ready)状态：已分22图2-5进程的三种基本状态及其转换(教材讲5种)

结束新进程接纳完成图2-5进程的三种基本状态及其转换结束新进程接纳完成23作业后备队列进程就绪队列外存内存作业调度一些处理器(CPU)阻塞队列阻塞队列作业后备队列进程就绪队列外存内存作业调度243.7五状态进程模型五状态进程模型(状态变迁)3.7五状态进程模型五状态进程模型(状态变迁)25五状态进程模型(单队列结构)五状态进程模型(单队列结构)26五状态进程模型(多队列结构)五状态进程模型(多队列结构)273.8进程状态的转换

新(New)状态就绪状态。(2)就绪(Ready)状态执行状态。(3)执行状态阻塞状态。(4)阻塞状态就绪状态。(5)执行状态就绪状态3.8进程状态的转换新(New)状态就绪状态。283.9挂起进程模型这个问题的出现是由于进程优先级的引入，一些低优先级进程可能等待较长时间，从而被对换至外存。这样做的目的是：提高处理机效率：就绪进程表为空时，要提交新进程，以提高处理机效率；为运行进程提供足够内存：资源紧张时，暂停某些进程，如：CPU繁忙（或实时任务执行），内存紧张用于调试：在调试时，挂起被调试进程（从而对其地址空间进行读写）3.9挂起进程模型这个问题的出现是由于进程优先级的引入，一些29单挂起进程模型单挂起进程模型30双挂起进程模型内存外存双挂起进程模型内存外存313.9.1状态就绪状态(Ready)：进程在内存且可立即进入运行状态；阻塞状态(Blocked)：进程在内存并等待某事件的出现；阻塞挂起状态（Blocked,suspend）：进程在外存并等待某事件的出现；就绪挂起状态（Ready,suspend）：进程在外存，但只要进入内存，即可运行；注：这里只列出了意义有变化或新的状态。3.9.1状态就绪状态(Ready)：进程在内存且可立即进323.9.2转换挂起（Suspend）：把一个进程从内存转到外存；可能有以下几种情况：阻塞到阻塞挂起：没有进程处于就绪状态或就绪进程要求更多内存资源时，会进行这种转换，以提交新进程或运行就绪进程；就绪到就绪挂起：当有高优先级阻塞（系统认为会很快就绪的）进程和低优先级就绪进程时，系统会选择挂起低优先级就绪进程；运行到就绪挂起：对抢占式分时系统，当有高优先级阻塞挂起进程因事件出现而进入就绪挂起时，系统可能会把正运行的进程转到就绪挂起状态；激活（Activate）：把一个进程从外存转到内存；可能有以下几种情况：就绪挂起到就绪：没有就绪进程或挂起就绪进程优先级高于就绪进程时，会进行这种转换；阻塞挂起到阻塞：当一个进程释放足够内存时，系统会把一个高优先级阻塞挂起（系统认为会很快出现所等待的事件）进程变成阻塞状态；3.9.2转换挂起（Suspend）：把一个进程从内存转到外33事件出现（EventOccurs）：进程等待的事件出现；如：操作完成、申请成功等；可能的情况有：阻塞到就绪：针对内存进程的事件出现；阻塞挂起到就绪挂起：针对外存进程的事件出现；收容(Admit)：收容（提交）一个新进程，进入就绪状态或就绪挂起状态。事件出现（EventOccurs）：进程等待的事件出现；如341、进程由就绪态转为运行态是因为（）引起的？ A、中断事件 b、进程状态转换 c、进程调度的 d、为程序创建进程C2、分配到必要的资源并获得处理机的进程状态是（）。运行态3、当（），进程从执行状态转变为就绪状态。a、进程被调度程序选中b、时间片到c、等待某一事件d、等待的时间发生B4、判断题：两次打开Word字处理程序，编辑同一篇文章，因为程序一样(Word2003)，数据一样(同一篇文章)，所以系统中运行的这两个Word字处理程序是同一个进程。1、进程由就绪态转为运行态是因为（）引起的？C2、分配到必要35[工学]操作系统课件-第2章-进程363.10、进程控制块

3.10.1.进程控制块的作用

※※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。简单题：进程控制块的作用（要扩展）？判断题：进程控制块是进程存在的唯一标志。进程控制块是由OS维护的用来记录进程相关信息的一块内存。正确3.10、进程控制块3.10.1.进程控制块的作用※※373.10.2进程控制块的内容（数据结构很复杂）进程标识符：内部进程标识符(processID)，唯一，通常是一个整数；进程名(外部标识符)，通常基于可执行文件名（不唯一）；用户标识符(userID)；进程组关系(processgroup)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；阻塞原因进程调度信息：进程状态、进程优先级、资源信息等处理机状态：寄存器值（通用、程序计数器PC、状态PSW，地址包括栈指针）3.10.2进程控制块的内容（数据结构很复杂）进程标识符：383.10.3PCB的组织方式链表：同一状态的进程其PCB成一链表，多个状态对应多个不同的链表各状态的进程形成不同的链表：就绪链表、阻塞链表索引表：同一状态的进程归入一个index表（由index指向PCB），多个状态对应多个不同的index表各状态的进行形成不同的索引表：就绪索引表、阻塞索引表把具有相同状态的PCB，用其中的链接字，链接成一个队列。3.10.3PCB的组织方式链表：同一状态的进程其PCB394、进程控制返回4、进程控制返回404.1进程控制的功能：完成进程状态的转换。原语(primitive)※：由若干条指令构成的“原子操作(atomicoperation)”过程，作为一个整体而不可分割－－要么全都完成，要么全都不做。许多系统调用就是原语。注意：系统调用并不都是原语。进程A调用read()，因无数据而阻塞，在read()里未返回。然后进程B调用read()，此时read()被重入。系统调用不一定一次执行完并返回该进程，有可能在特定的点暂停，而转入到其他进程。4.1进程控制的功能：完成进程状态的转换。原语(primi414.2.1进程图(ProcessGraph)图2-9进程树用于描述进程家族关系的有向树。图中的结点代表进程。父进程：在进程Pi创建了进程Pj后，称Pi是Pj的父进程。子进程：在进程Pi创建了进程Pj后，称Pj是Pi的子进程。4.2进程的创建4.2.1进程图(ProcessGraph)图2-424.2.2引起创建进程的事件

用户登录。(2)作业调度。(3)提供服务。(4)应用请求。

4.2.2引起创建进程的事件用户登录。434.2.3进程的创建(CreationofProgress)过程

(1)申请空白PCB。(2)为新进程分配资源。(分配内存空间)(3)初始化进程控制块。(4)将新进程插入就绪队列，如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入就绪队列。4.2.3进程的创建(CreationofProgre444.3进程退出也称为“终止”或主程序返回：调用exit()可终止进程。释放资源：释放内外存空间关闭所有打开文件释放共享内存段和各种锁定lock4.3进程退出也称为“终止”或主程序返回：调用exit()454.4进程的阻塞与唤醒4.4.1引起进程阻塞和唤醒的事件请求系统服务2)启动某种操作3)新数据尚未到达4)无新工作可做4.4进程的阻塞与唤醒4.4.1引起进程阻塞和唤醒的事件464.4.2.进程阻塞过程

正在执行的进程，当发现上述某事件时，无法继续执行，于是进程调用阻塞原语block把自己阻塞。可见，进程的阻塞是进程自身的一种主动行为。进入block过程后，由于此时该进程还处于执行状态，所以应先立即停止执行，把进程控制块中的现行状态由“执行”改为阻塞，并将PCB插入阻塞队列。如果系统中设置了因不同事件而阻塞的多个阻塞队列，则应将本进程插入到具有相同事件的阻塞(等待)队列。最后，转调度程序进行重新调度，将处理机分配给另一就绪进程，并进行切换。

4.4.2.进程阻塞过程474.4.3进程唤醒过程当被阻塞进程所期待的事件出现时，如I/O完成或其所期待的数据已经到达，则由有关进程(比如，用完并释放了该I/O设备的进程)调用唤醒原语wakeup()，将等待该事件的进程唤醒。唤醒原语执行的过程是：首先把被阻塞的进程从等待该事件的阻塞队列中移出，将其PCB中的现行状态由阻塞改为就绪，然后再将该PCB插入到就绪队列中。4.4.3进程唤醒过程484.5进程的挂起与激活

引起进程挂起的事件:4.5.1.进程的挂起挂起原语的执行过程是：首先检查被挂起进程的状态，若处于活动就绪状态，便将其改为静止就绪；对于活动阻塞状态的进程，则将之改为静止阻塞。最后，若被挂起的进程正在执行，则转向调度程序重新调度。-或父进程请求将自己的某个子进程挂起，-系统将利用挂起原语suspend()将指定进程或处于阻塞状态的进程挂起。-用户进程请求将自己挂起;4.5进程的挂起与激活引起进程挂起的事件:4.5.1.494.5.2.进程的激活过程系统将利用激活原语active()将指定进程激活。激活原语先将进程从外存调入内存，检查该进程的现行状态，若是静止就绪，便将之改为活动就绪；若为静止阻塞便将之改为活动阻塞。4.5.2.进程的激活过程50例：NT线程的挂起和激活 NT中处理机的分配对象为线程，一个线程可被多次挂起和多次激活。在线程内有一个挂起计数（suspendcount），挂起操作使该计数加1，激活操作将该计数减1；当挂起计数为0时，线程恢复执行。(1)挂起：WindowsNT中的SuspendThread可挂起指定的线程；DWORDSuspendThread(HANDLEhThread//handletothethread);(2)激活：WindowsNT中的ResumeThread可恢复指定线程的执行；DWORDResumeThread(HANDLEhThread//identifiesthreadtorestart);例：NT线程的挂起和激活 NT中处理机的分配对象为线程，一51例子NT_thread.cpp#include<stdio.h>#include<windows.h>#include<iostream.h>#include<winbase.h>voidSubThread(void){ inti; for(i=0;i<5;i++) { cout<<"SubThread"<<i<<endl; Sleep(2000); }}例子NT_thread.cpp#include<stdio52voidmain(void){cout<<"CreateThread"<<endl; //Createathread; DWORDIDThread; HANDLEhThread; hThread=CreateThread(NULL,//nosecurityattributes0,//usedefaultstacksize(LPTHREAD_START_ROUTINE)SubThread,//threadfunctionNULL,//nothreadfunctionargument0,//usedefaultcreationflags&IDThread);//returnsthreadidentifier

//Checkthereturnvalueforsuccess. if(hThread==NULL) cout<<"CreateThreaderror"<<endl;voidmain(void)53

inti; for(i=0;i<5;i++) { cout<<"MainThread"<<i<<endl; if(i==1) {if(SuspendThread(hThread)==0xFFFFFFFF) {cout<<"Suspendthreaderror."<<endl; } else {cout<<"Suspendthreadisok."<<endl; } } if(i==3) { if(ResumeThread(hThread)==0xFFFFFFFF) {cout<<"Resumethreaderror."<<endl;} else {cout<<"Resumethreadisok."<<endl; } }Sleep(4000); }} inti;54运行结果CreateThreadMainThread0SubThread0SubThread1MainThread1Suspendthreadisok.MainThread2MainThread3Resumethreadisok.SubThread2SubThread3MainThread4SubThread4运行结果CreateThread55例子NT_thread.cpp#include<stdio.h>#include<windows.h>#include<iostream.h>#include<winbase.h>voidSubThread(void){ inti; for(i=0;i<5;i++) { cout<<"SubThread"<<i<<endl; Sleep(2000);//改一下时间，输出顺序会有变化 }}此处是用户自己的函数，完成指定功能例子NT_thread.cpp#include<st56voidmain(void){cout<<"CreateThread"<<endl; //Createathread; DWORDIDThread; HANDLEhThread; hThread=CreateThread(NULL,//nosecurityattributes0,//usedefaultstacksize(LPTHREAD_START_ROUTINE)SubThread,//threadfunctionNULL,//nothreadfunctionargument0,//usedefaultcreationflags&IDThread);//returnsthreadidentifier

//Checkthereturnvalueforsuccess. if(hThread==NULL) cout<<"CreateThreaderror"<<endl;voidmain(void)57

inti; for(i=0;i<5;i++) { cout<<"MainThread"<<i<<endl; if(i==1) {if(SuspendThread(hThread)==0xFFFFFFFF) {cout<<"Suspendthreaderror."<<endl; } else {cout<<"Suspendthreadisok."<<endl; } } if(i==3) { if(ResumeThread(hThread)==0xFFFFFFFF) {cout<<"Resumethreaderror."<<endl;} else {cout<<"Resumethreadisok."<<endl; } }Sleep(4000);//改一下结果会有变化。 }} inti;58运行结果CreateThreadMainThread0//输出后。Sleep(4000）SubThread0//输出后，Sleep(2000)SubThread1//输出后，Sleep(2000)MainThread1//输出后。Sleep(4000）Suspendthreadisok.MainThread2MainThread3Resumethreadisok.//输出后。Sleep(4000）SubThread2SubThread3MainThread4SubThread4进程创建后只要通过进程调度获得cpu，就自动执行！运行结果CreateThread进程创建后只要通过进程调度获595线程(THREAD)返回引入线程的目的是简化进程间的通信，以小的开销来提高进程内的并发程度。5线程(THREAD)返回引入线程的目的是简化进程间的通信605.1线程的引入进程：资源分配单位（存储器、文件）和CPU调度（分派）单位-未引入线程时。又称为“任务(task)“线程：作为CPU调度单位，而引入线程后进程只作为其他资源分配单位。只拥有必不可少的资源，如：线程状态、寄存器上下文和栈同样具有就绪、阻塞和执行三种基本状态线程的优点：减小并发执行的时间和空间开销（线程的创建、退出和调度），因此容许在系统中建立更多的线程来提高并发程度。线程的创建时间比进程短；线程的终止时间比进程短；同进程内的线程切换时间比进程短；由于同进程内线程间共享内存和文件资源，可直接进行不通过内核的通信；5.1线程的引入进程：资源分配单位（存储器、文件）和CPU61进程与线程的关系进程与线程的关系625.2线程的属性

线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称为轻型进程(1)轻型实体。（线程是进程中的一个实体）(2)独立调度和分派的基本单位。在多线程OS中,线程是能独立运行的基本单位,因而也是独立调度和分派的基本单位。而把进程作为资源拥有的单位。由于线程很“轻’’,故线程的切换非常迅速且开销小。(3)可并发执行。

(4)共享进程资源。5.2线程的属性线程具有许多传统进程所具有的特征，故又称635.3OS对线程的实现方式内核维护进程和线程的上下文信息；线程切换由内核完成；一个线程发起系统调用而阻塞，不会影响其他线程的运行。时间片分配给线程，所以多线程的进程获得更多CPU时间。依赖于OS核心，由内核的内部需求进行创建和撤销，用来执行一个指定的函数。WindowsNT和OS/2支持内核线程；1）内核线程(kernel-levelthread)5.3OS对线程的实现方式内核维护进程和线程的上下文信息；642）用户线程(user-levelthread)用户线程的维护由应用进程完成；内核不了解用户线程的存在；用户线程切换不需要内核特权；用户线程调度算法可针对应用优化；不依赖于OS核心，应用进程利用线程库提供创建、同步、调度和管理线程的函数来控制用户线程。如：数据库系统informix，图形处理AldusPageMaker。调度由应用软件内部进行，通常采用非抢先式和更简单的规则，也无需用户态/核心态切换，所以速度特别快。一个线程发起系统调用而阻塞，则整个进程在等待。时间片分配给进程，多线程则每个线程就慢。2）用户线程(user-levelthread)用户线程的65

例：线程执行时间对于只设置了用户级线程的系统，调度是以进程为单位的，在采用轮转调度算法时，各个进程轮流执行一个时间片，这对诸进程而言，看似公平的，但假如在A进程中包含了一个用户级线程，而在另一个进程B中含有100个线程，这样，进程A中线程的运行时间，将是进程B中线程运行时间的100倍；相应地，速度就快100倍。假如系统中是设置的内核支持线程，其调度是以线程为单位进行的，这样，进程B可以获得的CPU时间是进程A的100倍，进程B可使100个系统调用并发工作。例：线程执行时间665.3Solaris操作系统中的线程同时实现了用户级线程与内核支持线程。

SUN

SolarisOS在用户级线程和内核级线程之间，定义了一种轻型进程LWP(内核控制线程，也称为轻权进程)，一个进程中至少有一个LWP。5.3Solaris操作系统中的线程同时实现了用户级线程与67Solaris支持内核线程(Kernelthreads)、轻权进程(LightweightProcesses)和用户线程(UserLevelThreads)。一个进程可有大量用户线程；大量用户线程复用少量的轻权进程，不同的轻权进程分别对应不同的内核线程。Solaris支持内核线程(Kernelthreads)、68用户级线程在使用系统调用时（如文件读写），需要“捆绑(bound)”在一个LWP上，用户级线程可通过LWP访问内核，但内核所看到的总是多个LWP，而看不到用户级线程。永久捆绑：一个LWP固定被一个用户级线程占用，该LWP移到LWP池之外临时捆绑：从LWP池中临时分配一个未被占用的LWP在使用系统调用时，如果所有LWP已被其他用户级线程所占用（捆绑），则该线程阻塞直到有可用的LWP－－例如6个用户级线程，而LWP池中有4个LWP如果LWP执行系统调用时阻塞（如read()调用），则当前捆绑在LWP上的用户级线程也阻塞。每个要通信的用户级线程都需要一个LWP用户级线程在使用系统调用时（如文件读写），需要“捆绑(bou69Solaris用户线程和轻权进程Solaris用户线程和轻权进程70用户线程、轻权进程LWP和核心线程的关系同时有4个用户级线程发出对文件的读写请求，而任务中只有3个LPW，则3个用户级线程可执行读写请求，余下的必须等用户线程、轻权进程LWP和核心线程的关系同时有4个用户级线程71有关的C库函数/*创建用户级线程 */intthr_create(void*stack_base,size_tstack_size,void*(*start_routine)(void*),void*arg,longflags,thread_t*new_thread_id); 其中flags包括：THR_BOUND（永久捆绑）,THR_NEW_LWP（创建新LWP放入LWP池），若两者同时指定则创建两个新LWP，一个永久捆绑而另一个放入LWP池有关的系统调用/*在当前进程中创建LWP */int_lwp_create(ucontext_t*contextp,unsignedlongflags,lwpid_t*new_lwp_id);/*构造LWP上下文 */void_lwp_makecontext(ucontext_t*ucp,void(*start_routine)(void*),void*arg,void*private,caddr_tstack_base,size_tstack_size);/*注意：没有进行"捆绑"操作的系统调用*/有关的C库函数/*创建用户级线程 */有关的系统调用725.3.2进程和线程的关系(1)线程是进程的一个组成部分。每个进程在创建时通常只有一个线程，需要时这个线程可以创建其它线程。(2)进程的多线程都在进程的地址空间活动。-某进程内的线程在其他进程不可见。(3)资源是分给进程的，而不是分给线程的，线程在执行中需要资源时，系统从进程的资源配额中扣除并分配给它。(4)处理机调度的基本单位是线程，线程之间竞争处理机，真正在处理机上运行的是线程。(5)线程在执行过程中，需要同步。5.3.2进程和线程的关系73第二章进程管理

第一节：进程的概念第二章进程管理第一节：进程的概念74前趋图：是一个有向无循环图。

前趋图用于描述进程之间执行的前后关系。图中的每个结点可用于描述一个程序段或进程，乃至一条语句；结点间的有向边则用于表示两个结点之间存在的偏序或前趋关系“→”。节点前趋图：是一个有向无循环图。前趋图用于描述进程之间执行的前75图2－1(a)中存在着这样的前趋关系：P1→P2,P1→P3,P1→P4,P2→P5,P3→P5,P4→P6,P4→P7,P5→P8,P6→P8,P7→P9,P8→P9图2-1前趋图图2－1(a)中存在着这样的前趋关系：图2-1前趋图76或表示为：P={P1,P2,P3,P4,P5,P6,P7,P8,P9}→={(P1,P2),(P1,P3),(P1,P4),(P2,P5),(P3,P5),(P4,P6),(P4,P7),(P5,P8),(P6,P8),(P7,P9),(P8,P9)}应当注意，前趋图中必须不存在循环，但在图2-1(b)中却有着下述的前趋关系：S2→S3,S3→S2

图2-1前趋图或表示为：应当注意，前趋图中必须不存在循环，但在图2-1(771、程序的顺序执行1、程序的顺序执行78图2-2程序的顺序执行S1:a∶=x+y;S2:b∶=a-5;S3:c∶=b+1;试想S1、S2、S3三条语句以何顺序执行？1、程序的顺序执行图2-2程序的顺序执行S1:a∶=x+y;试想S79程序顺序执行时的特征

顺序性：(2)封闭性(运行时候独占处理机资源，运行结果不受外界影响)－程序可再现性：(3)可再现性(初始条件相同，结果相同)程序顺序执行时的特征顺序性：802、程序的并发执行及其特征

2、程序的并发执行及其特征812、程序的并发执行及其特征2.1程序的并发执行图2-3并发执行时的前趋图在该例中存在下述前趋关系：Ii→Ci，Ii→Ii+1,Ci→Pi,Ci→Ci+1，Pi→Pi+1而Ii+1和Ci及Pi-1是重迭的，亦即在Pi-1和Ci以及Ii+1之间，可以并发执行。如何实现并发执行？2、程序的并发执行及其特征2.1程序的并发执行图2-382对于具有下述四条语句的程序段：S1:a∶=x+2S2:b∶=y+4S3:c∶=a+bS4:d∶=c+b请画出前趋关系图。对于具有下述四条语句的程序段：832.2程序并发执行时的特征

间断性(相互制约性)－后面的模块等待前面的模块传来的结果，然后才执行（如打印模块等待计算模块完成）。走走停停。失去封闭性：多个程序共享系统中的各种资源，因而这些资源的状态将由多个程序来改变，致使程序的运行已失去了封闭性。

结果是一个程序运行时会受到另一个程序的影响。不可再现性：程序在并发执行时，由于失去了封闭性，也将导致失去其可再现性下面看个小例子：2.2程序并发执行时的特征间断性(相互制约性)－后面的模84例如，有两个循环程序A和B，它们共享一个变量N。程序A每执行一次时，都要做N∶=N+1操作；程序B每执行一次时，都要执行Print(N)操作，然后再将N置成“0”。程序A和B以不同的速度运行。(1)N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之前，此时得到的N值分别为n+1,n+1,0。(2)N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之后，此时得到的N值分别为n,0,1。(3)N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之间，此时得到的N值分别为n,n+1,0。结论：程序在并发执行时，由于失去了封闭性，其计算结果已经和并发执行速度有关，从而使程序失去了可再现性，亦即，程序经过多次执行后，虽然他们执行时的环境和初始条件相同，但得到的结果却不相同。例如，有两个循环程序A和B，它们共享一个变量N85

顺序执行:并发执行：程序具有封闭性程序失去封闭性独享资源共享资源(互为存在条件)可再现性程序与“计算”不再一一对应有相互制约[工学]操作系统课件-第2章-进程863、进程(Process)3、进程(Process)873.1较典型的进程定义有：进程是程序的一次执行。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。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。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。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；3.1较典型的进程定义有：进程是程序的一次执行。883.2进程的组成：进程的实体由：程序段、数据段、进程控制块PCB组成。有人把这三部分称为”进程映像”.

通常的程序是不能并发执行的,为使程序能并发执行,应为之配置一进程控制块,即PCB;所谓创建进程是指创建进程实体中的PCB，撤销亦如此。3.2进程的组成：891)结构化特征：含代码段、数据段和核心段（在地址空间中）2)动态性：进程的实质是进程实体的一次执行过程，动态性是进程的最基本特征。3)并发性:指多个进程实体同存于内存中，且能在一段时间内同时运行，它是进程的重要特征，也是操作系统的重要特征。4)独立性:各进程的地址空间相互独立，除非采用进程间通信手段；5)异步性:这是指进程按各自独立的，不可预知的速度向前推进。导致程序执行的不可再现性3.3进程的特征：1)结构化特征：含代码段、数据段和核心段（在地址空间中）901)程序是静态的，进程是动态的;（是根本区别）

程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。2)进程和程序不是一一对应的;一个程序可对应多个进程,即多个进程可执行同一程序

;一个进程可以执行一个或几个程序

3)进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存。4)进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）。5)进程具有创建其他进程的功能，而程序没有。3.4进程与程序的区别1)程序是静态的，进程是动态的;（是根本区别）3.4进程与程91程序与进程的类比

程序进程唱歌的曲谱或音乐乐器的乐谱

演出或演奏

剧本

演出

火车

列车

程序与进程的类比

程序进程唱歌的921、判断题：进程是一个程序在某数据集上的一次执行，所以不同进程对应不同的程序。分析：进程是程序在某数据集上得一次执行，但是不同进程可以对应同一程序。2、程序顺序执行与并发执行有什么不同？3、用户程序必须在进程中运行。正确4、判断题：两次打开Word字处理程序，编辑同一篇文章，因为程序一样(Word2003)，数据一样(同一篇文章)，所以系统中运行的这两个Word字处理程序是同一个进程。错误，运行的是2个不同的进程1、判断题：进程是一个程序在某数据集上的一次执行，所以不同进933.5处理机调度器（dispatcher）把处理机从一个进程切换到另一个进程；防止某进程独占处理机；处理机调度器（进程调度）:是操作系统中的一段代码，它完成如下功能：3.5处理机调度器（dispatcher）把处理机从一个进程943.6进程的三种基本状态

1）就绪(Ready)状态：已分配到除CPU以外的所有必要的资源，只要能再获得处理机，便可立即执行的状态。多个排成一队称为就绪队列。2)执行状态：指进程已获得处理机，其程序正在执行;在单处理机系统中，只能有一个进程处于执行状态;在多处理机系统中，则可能多个进程处于执行状态。3)阻塞状态：进程因发生某事件(如请求I／O、申请缓冲空间等)而暂停执行时的状态，亦即进程的执行受到阻塞，故称这种暂停状态为阻塞状态，有时也称为“等待”状态或“睡眠”状态。通常将处于阻塞状态的进程排成一个队列，称为阻塞队列。在有的系统中，按阻塞原因的不同而将处于阻塞状态的进程排成多个队列。3.6进程的三种基本状态1）就绪(Ready)状态：已分95图2-5进程的三种基本状态及其转换(教材讲5种)

结束新进程接纳完成图2-5进程的三种基本状态及其转换结束新进程接纳完成96作业后备队列进程就绪队列外存内存作业调度一些处理器(CPU)阻塞队列阻塞队列作业后备队列进程就绪队列外存内存作业调度973.7五状态进程模型五状态进程模型(状态变迁)3.7五状态进程模型五状态进程模型(状态变迁)98五状态进程模型(单队列结构)五状态进程模型(单队列结构)99五状态进程模型(多队列结构)五状态进程模型(多队列结构)1003.8进程状态的转换

新(New)状态就绪状态。(2)就绪(Ready)状态执行状态。(3)执行状态阻塞状态。(4)阻塞状态就绪状态。(5)执行状态就绪状态3.8进程状态的转换新(New)状态就绪状态。1013.9挂起进程模型这个问题的出现是由于进程优先级的引入，一些低优先级进程可能等待较长时间，从而被对换至外存。这样做的目的是：提高处理机效率：就绪进程表为空时，要提交新进程，以提高处理机效率；为运行进程提供足够内存：资源紧张时，暂停某些进程，如：CPU繁忙（或实时任务执行），内存紧张用于调试：在调试时，挂起被调试进程（从而对其地址空间进行读写）3.9挂起进程模型这个问题的出现是由于进程优先级的引入，一些102单挂起进程模型单挂起进程模型103双挂起进程模型内存外存双挂起进程模型内存外存1043.9.1状态就绪状态(Ready)：进程在内存且可立即进入运行状态；阻塞状态(Blocked)：进程在内存并等待某事件的出现；阻塞挂起状态（Blocked,suspend）：进程在外存并等待某事件的出现；就绪挂起状态（Ready,suspend）：进程在外存，但只要进入内存，即可运行；注：这里只列出了意义有变化或新的状态。3.9.1状态就绪状态(Ready)：进程在内存且可立即进1053.9.2转换挂起（Suspend）：把一个进程从内存转到外存；可能有以下几种情况：阻塞到阻塞挂起：没有进程处于就绪状态或就绪进程要求更多内存资源时，会进行这种转换，以提交新进程或运行就绪进程；就绪到就绪挂起：当有高优先级阻塞（系统认为会很快就绪的）进程和低优先级就绪进程时，系统会选择挂起低优先级就绪进程；运行到就绪挂起：对抢占式分时系统，当有高优先级阻塞挂起进程因事件出现而进入就绪挂起时，系统可能会把正运行的进程转到就绪挂起状态；激活（Activate）：把一个进程从外存转到内存；可能有以下几种情况：就绪挂起到就绪：没有就绪进程或挂起就绪进程优先级高于就绪进程时，会进行这种转换；阻塞挂起到阻塞：当一个进程释放足够内存时，系统会把一个高优先级阻塞挂起（系统认为会很快出现所等待的事件）进程变成阻塞状态；3.9.2转换挂起（Suspend）：把一个进程从内存转到外106事件出现（EventOccurs）：进程等待的事件出现；如：操作完成、申请成功等；可能的情况有：阻塞到就绪：针对内存进程的事件出现；阻塞挂起到就绪挂起：针对外存进程的事件出现；收容(Admit)：收容（提交）一个新进程，进入就绪状态或就绪挂起状态。事件出现（EventOccurs）：进程等待的事件出现；如1071、进程由就绪态转为运行态是因为（）引起的？ A、中断事件 b、进程状态转换 c、进程调度的 d、为程序创建进程C2、分配到必要的资源并获得处理机的进程状态是（）。运行态3、当（），进程从执行状态转变为就绪状态。a、进程被调度程序选中b、时间片到c、等待某一事件d、等待的时间发生B4、判断题：两次打开Word字处理程序，编辑同一篇文章，因为程序一样(Word2003)，数据一样(同一篇文章)，所以系统中运行的这两个Word字处理程序是同一个进程。1、进程由就绪态转为运行态是因为（）引起的？C2、分配到必要108[工学]操作系统课件-第2章-进程1093.10、进程控制块

3.10.1.进程控制块的作用

※※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。简单题：进程控制块的作用（要扩展）？判断题：进程控制块是进程存在的唯一标志。进程控制块是由OS维护的用来记录进程相关信息的一块内存。正确3.10、进程控制块3.10.1.进程控制块的作用※※1103.10.2进程控制块的内容（数据结构很复杂）进程标识符：内部进程标识符(processID)，唯一，通常是一个整数；进程名(外部标识符)，通常基于可执行文件名（不唯一）；用户标识符(userID)；进程组关系(processgroup)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；阻塞原因进程调度信息：进程状态、进程优先级、资源信息等处理机状态：寄存器值（通用、程序计数器PC、状态PSW，地址包括栈指针）3.10.2进程控制块的内容（数据结构很复杂）进程标识符：1113.10.3PCB的组织方式链表：同一状态的进程其PCB成一链表，多个状态对应多个不同的链表各状态的进程形成不同的链表：就绪链表、阻塞链表索引表：同一状态的进程归入一个index表（由index指向PCB），多个状态对应多个不同的index表各状态的进行形成不同的索引表：就绪索引表、阻塞索引表把具有相同状态的PCB，用其中的链接字，链接成一个队列。3.10.3PCB的组织方式链表：同一状态的进程其PCB1124、进程控制返回4、进程控制返回1134.1进程控制的功能：完成进程状态的转换。原语(primitive)※：由若干条指令构成的“原子操作(atomicoperation)”过程，作为一个整体而不可分割－－要么全都完成，要么全都不做。许多系统调用就是原语。注意：系统调用并不都是原语。进程A调用read()，因无数据而阻塞，在read()里未返回。然后进程B调用read()，此时read()被重入。系统调用不一定一次执行完并返回该进程，有可能在特定的点暂停，而转入到其他进程。4.1进程控制的功能：完成进程状态的转换。原语(primi1144.2.1进程图(ProcessGraph)图2-9进程树用于描述进程家族关系的有向树。图中的结点代表进程。父进程：在进程Pi创建了进程Pj后，称Pi是Pj的父进程。子进程：在进程Pi创建了进程Pj后，称Pj是Pi的子进程。4.2进程的创建4.2.1进程图(ProcessGraph)图2-1154.2.2引起创建进程的事件

用户登录。(2)作业调度。(3)提供服务。(4)应用请求。

4.2.2引起创建进程的事件用户登录。1164.2.3进程的创建(CreationofProgress)过程

(1)申请空白PCB。(2)为新进程分配资源。(分配内存空间)(3)初始化进程控制块。(4)将新进程插入就绪队列，如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入就绪队列。4.2.3进程的创建(CreationofProgre1174.3进程退出也称为“终止”或主程序返回：调用exit()可终止进程。释放资源：释放内外存空间关闭所有打开文件释放共享内存段和各种锁定lock4.3进程退出也称为“终止”或主程序返回：调用exit()1184.4进程的阻塞与唤醒4.4.1引起进程阻塞和唤醒的事件请求系统服务2)启动某种操作3)新数据尚未到达4)无新工作可做4.4进程的阻塞与唤醒4.4.1引起进程阻塞和唤醒的事件1194.4.2.进程阻塞过程

正在执行的进程，当发现上述某事件时，无法继续执行，于是进程调用阻塞原语block把自己阻塞。可见，进程的阻塞是进程自身的一种主动行为。进入block过程后，由于此时该进程还处于执行状态，所以应先立即停止执行，把进程控制块中的现行状态由“执行”改为阻塞，并将PCB插入阻塞队列。如果系统中设置了因不同事件而阻塞的多个阻塞队列，则应将本进程插入到具有相同事件的阻塞(等待)队列。最后，转调度程序进行重新调度，将处理机分配给另一就绪进程，并进行切换。

4.4.2.进程阻塞过程1204.4.3进程唤醒过程当被阻塞进程所期待的事件出现时，如I/O完成或其所期待的数据已经到达，则由有关进程(比如，用完并释放了该I/O设备的进程)调用唤醒原语wakeup()，将等待该事件的进程唤醒。唤醒原语执行的过程是：首先把被阻塞的进程从等待该事件的阻塞队列中移出，将其PCB中的现行状态由阻塞改为就绪，然后再将该PCB插入到就绪队列中。4.4.3进程唤醒过程1214.5进程的挂起与激活

引起进程挂起的事件:4.5.1.进程的挂起挂起原语的执行过程是：首先检查被挂起进程的状态，若处于活动就绪状态，便将其改为静止就绪；对于活动阻塞状态的进程，则将之改为静止阻塞。最后，若被挂起的进程正在执行，则转向调度程序重新调度。-或父进程请求将自己的某个子进程挂起，-系统将利用挂起原语suspend()将指定进程或处于阻塞状态的进程挂起。-用户进程请求将自己挂起;4.5进程的挂起与激活引起进程挂起的事件:4.5.1.1224.5.2.进程的激活过程系统将利用激活原语active()将指定进程激活。激活原语先将进程从外存调入内存，检查该进程的现行状态，若是静止就绪，便将之改为活动就绪；若为静止阻塞便将之改为活动阻塞。4.5.2.进程的激活过程123例：NT线程的挂起和激活 NT中处理机的分配对象为线程，一个线程可被多次挂起和多次激活。在线程内有一个挂起计数（suspendcount），挂起操作使该计数加1，激活操作将该计数减1；当挂起计数为0时，线程恢复执行。(1)挂起：WindowsNT中的SuspendThread可挂起指定的线程；DWORDSuspendThread(HANDLEhThread//handletothethread);(2)激活：WindowsNT中的ResumeThread可恢复指定线程的执行；DWORDResumeThread(HANDLEhThread//identifiesthreadtorestart);例：NT线程的挂起和激活 NT中处理机的分配对象为线程，一124例子NT_thread.cpp#include<stdio.h>#include<windows.h>#include<iostream.h>#include<winbase.h>voidSubThread(void){ inti; for(i=0;i<5;i++) { cout<<"SubThread"<<i<<endl; Sleep(2000); }}例子NT_thread.cpp#include<stdio125voidmain(void){cout<<"CreateThread"<<endl; //Createathread; DWORDIDThread; HANDLEhThread; hThread=CreateThread(NULL,//nosecurityattributes0,//usedefaultstacksize(LPTHREAD_START_ROUTINE)SubThread,//threadfunctionNULL,//nothreadfunctionargument0,//usedefaultcreationflags&IDThread);//returnsthreadidentifier

//Checkthereturnvalueforsuccess. if(hThread==NULL) cout<<"CreateThreaderror"<<endl;voidmain(void)126

inti; for(i=0;i<5;i++) { cout<<"MainThread"<<i<<endl; if(i==1) {if(SuspendThread(hThread)==0xFFFFFFFF) {cout<<"Suspendthreaderror."<<endl; } else {cout<<"Suspendthreadisok."<<endl; } } if(i==3) { if(ResumeThread(hThread)==0xFFFFFFFF) {cout<<"Resumethreaderror."<<endl;} else {cout<<"Resumethreadisok."<<endl; } }Sleep(4000); }} inti;127运行结果CreateThreadMainThread0SubThread0SubThread1MainThread1Suspendthreadisok.MainThread2MainThread3Resumethreadisok.SubThread2SubThread3MainThread4SubThread4运行结果CreateThread128例子NT_thread.cpp#include<stdio.h>#include<windows.h>#include<iostream.h>#include<winbase.h>voidSubThread(void){ inti; for(i=0;i<5;i++) { cout<<"SubThread"<<i<<endl; Sleep(2000);//改一下时间，输出顺序会有变化 }}此处是用户自己的函数，完成指定功能例子NT_thread.cpp#include<st129voidmain(void){cout<<"CreateThread"<<endl; //Createathread; DWORDIDThread; HANDLEhThread; hThread=CreateThread(NULL,//nosecurityattributes0,//usedefaultstacksize(LPTHREAD_START_ROUTINE)SubThread,//threadfunctionNULL,//nothreadfunctionargument0,//usedefaultcreationflags&IDThread);//returnsthreadidentifier

//Checkthereturnvalueforsuccess. if(hThread==NULL) cout<<"CreateThreaderror"<<endl;voidmain(void)130

inti; for(i=0;i<5;i++) { cout<<"MainThread"<<i<<endl; if(i==1) {if(SuspendThread(hThread)==0xFFFFFFFF) {cout<<"Suspendthreaderror."<<endl; } else {cout<<"Suspendthreadisok."<<endl; } } if(i==3) { if(ResumeThread(hThread)==0xFFFFFFFF) {cout<<"Resumethreaderror."<<endl;} else {cout<<"Resumethreadisok."<<endl; } }Sleep(4000);//改一下结果会有变化。 }} inti;131运行结果CreateThreadMainThread0//输出后。Slee