操作系统原理第四章.ppt

1、1,第四章 并发处理,本资料由-校园大学生创业网-提供 在线代理,2,4.10 UNIX系统的进程管理4.10.1 UNIX系统的进程的映像(image),（一）进程映像的组成 进程控制块PCB 正文段 数据段,3,4.10 UNIX系统的进程管理4.10.1 UNIX系统的进程及映像(image),（一）进程映像的组成 1、进程控制块PCB 基本进程控制块 proc结构 存放进程最基本的控制和管理信息，不论该进程是否处于运行状态，系统都要访问的信息，必须常驻内存； 扩充进程控制块 user结构 存放进程的管理和控制信息，这些信息只有当进程处于运行状态时，系统才访问，不一定常驻内存。,4,2、

2、正文段（共享正文段） 进程的执行程序，可为多个进程共享执行。 3、数据段 用户栈 用户数据区 进程数据区(ppda),4.10 UNIX系统的进程管理4.10.1 UNIX系统的进程及映像(image),5,（二）UNIX系统进程数据结构 1、proc结构/sys/proc.h； 2、user结构 /sys/user.h； 3、 text结构/sys/text.h；,4.10 UNIX系统的进程管理4.10.1 UNIX系统的进程及映像(image),6,struct proc charp_stat; /* 进程状态 */ charp_flag; /* 进程特征 */ charp_pri; /

3、* 进程优先数 */ charp_sig; /* 软中断号 */ charp_uid; /* 用户号 */ charp_time; /* 驻留时间 */ charp_cpu; /* 有关进程调度的时间变量 */ charp_nice; /* 用于计算优先数 */,4.10 UNIX系统的进程管理4.10.1 UNIX系统的进程及映像(image),7,intp_ttyp; /* 控制终端tty结构的地址 */ intp_pid; /* 进程号 */ intp_ppid; /* 父进程号 */ intp_addr; /* 数据段地址 */ intp_size; /* 数据段大小 */ intp_

4、wchan; /* 等待的原因 */ intp_textp; /* 对应正文段text项地址 */ procNPROC;,4.10 UNIX系统的进程管理4.10.1 UNIX系统的进程及映像(image),8,p_addr: 数据段地址 p_textp:正文段text项地址 x_daddr:磁盘地址 x_caddr:主存地址 u_procp:proc结构地址,4.10 UNIX系统的进程管理4.10.1 UNIX系统的进程及映像(image),9,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.2 UNIX进程的状态及变迁一、UNIX进程树,10,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.2

5、UNIX进程的状态及变迁一、UNIX进程树,0进程： 系统初启时建立，完成系统初启相应工作后，创建1进程；然后的工作有两项：进程映像管理；进程调度。 1 进程： 为系统的每个联机终端创建一个终端进程，然后就做托管工作。 2、3、n、n+1进程： 终端进程，执行程序是shell，该进程接受和执行用户键入的shell命令，或shell命令程序。 用户创建的进程： 用户的shell命令或shell程序所创建的进程；用户在其程序中创建的进程。,11,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.2 UNIX进程的状态及变迁二、UNIX进程状态,（一）运行状态 进程正在处理机上运行。 特征： p_stat

6、 ：SRUN p_flag 中SLOAD位为1，表示该进程映像在内存。 进程执行用户程序：用户态运行 进程执行核心程序：核心态运行,12,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.2 UNIX进程的状态及变迁二、UNIX进程状态,（二）就绪状态 在内存中就绪： 指进程处于就绪状态，且进程映像在内存； 就绪且换出： 指进程处于运行状态，且进程映像不在内存。 p_stat：SRUN； p_flag的SLOAD为1，表示在内存中就绪； 为0，表示就绪且换出。,13,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.2 UNIX进程的状态及变迁二、UNIX进程状态,（三）睡眠状态 进程等待某事件发生而暂时

7、让出处理机时所取的状态。 p_stat为SSLEEP 高优先级睡眠状态； SWAIT 低优先级睡眠状态； 在UNIX系统中，当进程进入睡眠状态时，系统根据该进程等待事件的轻重缓急程度赋予不同的优先数，该进程被唤醒后，就以系统赋予的优先数参与处理机的竞争。若系统赋予的优先数是小于0（负数），进程进入高优先级睡眠状态，否则，进程进入低优先级睡眠状态。,14,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.2 UNIX进程的状态及变迁二、UNIX进程状态,进程进入高优先级睡眠的原因： （1）0进程进入睡眠状态，系统设置最高优先数； （2）申请资源得不到满足的进程，系统将根据所等待资源的不同设置不同的优先

8、数； （3）等待块设备I/O完成的进程。,15,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.2 UNIX进程的状态及变迁二、UNIX进程状态,进程进入低优先级睡眠的原因： (1）等待字符设备I/O完成的进程； 处于用户态的进程间的同步。 这样做的目的是什么？ 为使系统资源得到充分的利用，换句话说，是为了提高系统资源的使用效率。,16,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.2 UNIX进程的状态及变迁二、UNIX进程状态,（四）创建状态 子进程被创建时所取的状态； 父进程创建子进程时，子进程要复制父进程的全部的进程映像（除proc结构外）。,17,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10

9、.2 UNIX进程的状态及变迁二、UNIX进程状态,（五）僵死状态 子进程等待父进程作善后处理时所处的状态。 特征： 进程转换成僵死状态后，就不能再转换成其它任何状态； 进程已释放它占用的所有资源（除proc结构外）。 p_stat 为SZOMB(zombi,zombie 还魂尸，僵尸）。,18,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.2 UNIX进程的状态及变迁二、UNIX进程状态 （六）进程状态变迁,19,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制,进程创建fork() 进程睡眠sleep() 进程唤醒wakeup() 进程终止exit() 等待进程终止wait() 执行

10、用户程序exec(),20,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制1. 进程创建fork,调用形式：pid=fork(); 功能：创建一个子进程 返回值： 1 创建失败 0 从子进程返回 0 从父进程返回，且返回值为子进程号,21,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制1. 进程创建fork,在UNIX系统中，除了0进程外，其它进程都是调用fork()创建的。 调用fork的进程是父进程，新创建的进程是子进程。 被创建的子进程是父进程进程映像的一个副本。 调用fork的三种情况： 在shell键入一个shell命令，在shell中会调用fork为键入的命令创

11、建一个进程； 在用户程序中调用fork系统调用创建一个进程； 执行shell程序时，在shell中会调用fork创建进程。,22,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制1. 进程创建fork,系统调用fork完成下列操作： 1.为新进程分配一个空闲的proc结构； 2.为新进程申请一个唯一的进程标识数PID; 3.填写proc的有关参数： p_pid=PID;p_ppid=父进程的p_pid；若有共享正文段，将text相应表目中的访问计数加1，表示访问该正文段的进程增加一个。其它项则复制父进程的proc。 4.以父进程的进程映像的大小申请内存，若得到满足，则将父进程的映像复制

12、到申请到的内存区，在内存中建立子进程的进程映像；否则，将父进程置为创建状态，在外存建立子进程的进程映像。,23,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制1. 进程创建fork,5.将与父进程有关的系统打开文件表和活动索引节点中的访问计数加1，即子进程继承父进程的全部打开文件； 6.对父进程返回子进程标识数（或称子进程号），对子进程返回0。,24,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制1. 进程创建fork,算法fork 取唯一的PID； 取一个空闲的proc表项； 初始化proc表项； 当前目录的I节点根目录的引用数加1； 文件表中的打开文件的引用数加1； 以

13、父进程映像的大小申请内存； if (内存充足) 复制父进程的映像到新内存区； else 将父进置为创建状态； 在外存建立子进程的映像； ,if (正在执行的是父进程) 将子进程的状态置为就绪状态 return (PID); /*从核心态返回用户态*/ else /* 正在执行的是子进程*/ 初始化U区的计时域； return (0); ,25,fork通常用法如下： n = fork(); if (n) /* 父进程代码 */ else /* 子进程代码 */ ,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制1. 进程创建fork,26,#include main() int chi

14、ld; child = fork(); if (child = 0) printf(“My PID is: %dn”, getpid(); printf (“My Child PID is: %dn”, child); ,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制1. 进程创建fork,输出？,27,#include main() int child; child = fork(); if (child = 0) printf(“My PID is: %dn”, getpid(); printf (“My Child PID is: %dn”, child); ,4.10 UNI

15、X系统的进程管理 4.10.3 进程控制1. 进程创建fork,父进程输出： My child PID is: 5677 子进程输出： My PID is:5677 My child PID is: 0 注：子进程号与实际运行情况有关，不一定是5677。,28,Unix系统中当一个进程完成了它的使命后，将调用系统调用exit来终止运行。每个终止的进程转换成僵死状态，释放它占用的资源，撤销进程映像，但保留进程的proc结构。 格式： exit(status); 其中：status 是终止进程向其父进程传递的参数。 exit（0）表示进程正常终止， exit（1）表示进程运行有错，异常终止。,4.

16、10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制2. 进程终止exit,29,算法exit 输入：给父进程的返回码 输出：无 关闭所有打开的文件； 放弃正文段； 将进程user结构暂存到盘块上； 修改proc:p_addr为此盘块号； p_stat置为SZOMB; 释放本进程数据段；,if(父进程未找到) 将1#进程作为父进程； 唤醒父进程或1#进程； 将自己的所有子进程的父进程改为1#进程； 转进程调度程序； ,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制2. 进程终止exit,30,#include main() int child; child = fork(); if

17、(child = 0) printf(“My PID is: %dn”, getpid(); exit(0); printf (“My Child PID is: %dn”, child); ,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制 2. 进程终止exit,输出？,31,#include main() int child; child = fork(); if (child = 0) printf(“My PID is: %dn”, getpid(); exit(0); printf (“My Child PID is: %dn”, child); ,4.10 UNIX系统的

18、进程管理 4.10.3 进程控制 2. 进程终止exit,父进程输出： My Child PID is: 5687 子进程输出： My PID is:5687 注：子进程号与实际运行情况有关，不一定是5687。,32,在程序中可显示地调用exit，也可以在程序的结尾隐式调用exit。 C语言的main()函数返回时，调用exit，称显示调用； 若在main()的结尾没有调用exit，C语言编译程序在预处理时将在程序的结尾加上调用exit的语句。 exit是个不返回的系统调用，当它完成了进程终止的工作后，就直接调用进程调度程序，调度一个处于就绪态的进程占用处理机，因此，它没有返回值。,4.10

19、UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制 2. 进程终止exit,33,父进程调用wait等待它的子进程终止。 wait和exit是Unix系统向用户态程序提供提进程间同步的主要手段。一个进程可以通过调用wait与子进程同步。 格式： pid = wait(stat_addr); 其中：stat_addr:地址指针，包含子进程退出状态码； pid:僵死子进程号。,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制 3. 等待进程终止wait,34,算法wait 输入：存放终止进程状态的变量地址 输出：子进程的标识号，子进程退出码 if (等待进程没有子进程) return (错误码

20、); for(;) if(等待进程有僵死子进程) ,取任一僵死子进程； 将子进程的CPU使用量加到父进程； 释放子进程的proc; retrun (子进程号，子进程退出码); 睡眠在可中断的优先级上（事件：子进程退出） ,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制 3. 等待进程终止wait,35,#include main() int i, ret_code; if (fork() i = wait( ,这是一个典型的父子进程同步的例子：父进程创建子进程，并等待子进程的终止。,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制 3. 等待进程终止wait,36,#incl

21、ude main() int i, ret_code; if (fork() i = wait( ,输出结果： 此处是子进程. 此处是父进程. 子进程标识号PID:xxxx,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制 3. 等待进程终止wait,37,进程因等待某事件发生（如请求分配资源、等待I/O完成）而暂停执行时，进程由运行状态转换成睡眠状态，这个工作由进程睡眠操作完成； 当等待的事件发生后，要把等待在该事件上的进程唤醒，即将进程的状态置为就绪状态。 进程阻塞操作：sleep 进程唤醒操作：wakeup,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制 4. 进程睡眠与唤醒,38,（1）进程睡眠 sleep(pri,chan); 其中： pri:系统将给睡眠进程设置的优先数，当该进程被唤醒后，进程就以这个优先数去参与处理机的竞争； chan:进程睡眠的原因。,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制 4. 进程睡眠与唤醒,39,4.10 UNIX系统的进程管理 4.10.3 进程控制 4. 进程睡眠与唤醒,算法sleep 输入：睡眠地址 chan; 优先数 pri 输出：无 提高处理机执行级来屏蔽所有中断； 置该进程状态为睡眠； if(pri 0) /*高优先级睡眠*/ p_wchan = chan; p_pri = pri; s_