2第二章进程管理(1).ppt

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1、第二章第二章 进进 程程 管管 理（理（1）张张 琦琦1本章讨论的主要问题本章讨论的主要问题v1 1、什么是进程？为什么要引入进程？、什么是进程？为什么要引入进程？v2 2、如何描述进程？、如何描述进程？v3 3、进程具哪些状态？这些状态之间如何进、进程具哪些状态？这些状态之间如何进 行转换？行转换？v4 4、如何控制进程状态的转换？、如何控制进程状态的转换？2内容内容2.1 进程的基本概念进程的基本概念2.2 进程控制进程控制2.3 进程同步2.4 经典进程的同步问题2.5 进程通信2.6 线程32.1 进程的基本概念进程的基本概念v2.1.1 程序的顺序执行及其特征程序的顺序执行及其特征

2、如：有三条语句：如：有三条语句：s1s1：a a：=x+yx+y s2 s2：b b：=a-5=a-5 s3 s3：c c：=b+1=b+1 执行顺序用有向图表示执行顺序用有向图表示:s1s1s2s2s3s3 一个具有独立功能的程序一个具有独立功能的程序独占独占CPUCPU直到完成的过直到完成的过程称为程称为程序的顺序执行程序的顺序执行。程序顺序执行时的特征：程序顺序执行时的特征：(1)(1)顺序性；顺序性；(2)(2)封闭性；封闭性；(3)(3)可再现性；可再现性；42.1 进程的基本概念进程的基本概念v 2.1.2 前趋图前趋图 前趋图前趋图(Precedence Graph)是一个是一个

3、有向无循环有向无循环图图，用于描述进程之间执行的，用于描述进程之间执行的前后关系前后关系。结点结点表示一条语句，一段程序或进程。表示一条语句，一段程序或进程。有向边有向边表示两结点间的偏序或前趋关系。表示两结点间的偏序或前趋关系。前趋定义：前趋定义：（Pi,Pj)记为：记为：Pi Pj Pi Pj其中：其中：Pi 称为称为Pj的直接前趋。的直接前趋。52.1 进程的基本概念进程的基本概念例子：例子：但但(b)中有前趋关系中有前趋关系:(a)中的前趋关系：中的前趋关系：(a)(b)P1P2,P1P3,P1P4,P2P5,P3P5,P4P6,P4P7,P5P8,P6P8,P7P9,P8P9,注意：

4、前趋图中必须不存在循环。注意：前趋图中必须不存在循环。S2S3,S3S262.1 进程的基本概念进程的基本概念v2.1.3 程序的并发执行及其特征程序的并发执行及其特征 程序的程序的并发执行并发执行是指在逻辑上相互独立的一组程是指在逻辑上相互独立的一组程序在执行时间上的相互重叠，即一个程序段的执行序在执行时间上的相互重叠，即一个程序段的执行尚未结束，另一程序段的执行已经开始。尚未结束，另一程序段的执行已经开始。例子例子:输入程序输入程序(I)、计算程序、计算程序(C)和打印程序和打印程序(P)是是顺序执行顺序执行IiCiPi.而如何使这三种程序而如何使这三种程序并发执并发执行行？72.1 进程

5、的基本概念进程的基本概念I1I2I3I4C1C2C3C4P1P2P3P4Ii Ci Pi Ii Ci Ci Pi前趋关系：前趋关系：P i-1，Ci，I i+1 可可并发执行。并发执行。Ii I i+1Ci Ci+1Pi Pi+182.1 进程的基本概念进程的基本概念v程序的并发特征程序的并发特征 间间 断断 性性失去封闭性失去封闭性不可再现性不可再现性 程序并发执行程序并发执行顺顺 序序 性性封封 闭闭 性性可可 再再 现现 性性 程序顺序执行程序顺序执行92.1 进程的基本概念进程的基本概念 不可再现性不可再现性是程序并发执行时的间断性及失去是程序并发执行时的间断性及失去封闭性的必然结果。

6、封闭性的必然结果。例子：例子：程序程序A A 程序程序B B .N:=N+1 PRINT(N)N:=N+1 PRINT(N).N:=0 .N:=0 .(a)(a)(b)(b)(c)(c)（1）执行顺序）执行顺序:(a),(b),(c)N值：值：（2）执行顺序）执行顺序:(b),(a),(c)N值：值：（3）执行顺序）执行顺序:(b),(c),(a)N值：值：n+1，n+1，0n，n+1，0n，0，1102.1 进程的基本概念进程的基本概念v2.1.4 进程的特征与状态进程的特征与状态n1.进程的定义进程的定义 较典型的进程定义有：较典型的进程定义有：(1)进程是程序的一次执行。进程是程序的一次

7、执行。(2)进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所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。发生的活动。(3)进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系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。统进行资源分配和调度的一个独立单位。我们可以把传统我们可以把传统OS中的进程定义为：中的进程定义为：进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。和调度的一个独立单位。112.1 进程的基本概念进程的基本概念v进程与程序的区别、联系进程与程序的区别、联系 进程进程是执行程序的动

8、态过程是执行程序的动态过程(动态动态)一个一个进程进程可以执行可以执行一个或多个程序一个或多个程序进程进程只是一次执行过程，只是一次执行过程，具有生命期具有生命期进程进程 程序程序程序程序是进程运行的静态文本是进程运行的静态文本(静态静态)一个一个程序程序可以被可以被多个进程执行多个进程执行程序程序可以作为一种资源以可以作为一种资源以文件的形式长期保存文件的形式长期保存122.1 进程的基本概念进程的基本概念n2.进程的特征进程的特征 动态性：动态性：进程是程序的一次执行过程，具有生命期；它可以由进程是程序的一次执行过程，具有生命期；它可以由系统创建并独立地执行，直至完成而被撤消。系统创建并独

9、立地执行，直至完成而被撤消。并发性：并发性：进程是可以并发执行的基本单位，从宏观上看，它们可进程是可以并发执行的基本单位，从宏观上看，它们可以以“同时同时”执行。由于共享资源，进程间相互约束，相执行。由于共享资源，进程间相互约束，相互依赖。互依赖。结构特征：结构特征：进程实体是由程序段、相关的数据段和进程控制块进程实体是由程序段、相关的数据段和进程控制块(PCB(PCB）三部分构成。）三部分构成。123132.1 进程的基本概念进程的基本概念 独立性：独立性：各个进程之间相互独立，指进程实体是一个能独立运各个进程之间相互独立，指进程实体是一个能独立运行、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。行

10、、独立分配资源和独立接受调度的基本单位。异步性：异步性：各个进程按照各自独立的、不可预知的速度异步向前各个进程按照各自独立的、不可预知的速度异步向前推进。即进程按异步方式执行。推进。即进程按异步方式执行。45n 3.进程的三种基本状态进程的三种基本状态1)就绪状态就绪状态(Ready)2)执行状态执行状态(Executing)3)阻塞状态阻塞状态(Blocked)142.1 进程的基本概念进程的基本概念 阻塞阻塞状态状态就绪就绪状态状态执行执行状态状态调度调度I/O请求请求进程进程I/O完成完成时间时间片到片到结束结束后备队列后备队列152.1 进程的基本概念进程的基本概念n4.挂起状态挂起状

11、态(Suspend)1)引入挂起状态的原因：引入挂起状态的原因：(1)终端用户的请求。终端用户的请求。(2)(2)父进程请求。父进程请求。(3)(3)负荷调节的需要。负荷调节的需要。(4)(4)操作系统的需要。操作系统的需要。对正在对正在执行执行的进程，则停止执行。的进程，则停止执行。对对就绪就绪状态的进程，状态的进程，则停止调度，并回收资源。则停止调度，并回收资源。对对阻塞阻塞状态的进程，状态的进程，则停止条件的发生。则停止条件的发生。162.1 进程的基本概念进程的基本概念2)进程状态的转换进程状态的转换 称被挂起的进程是静止的称被挂起的进程是静止的 静止就绪静止就绪（Readys）静止静

12、止阻塞（阻塞（Blockeds）称未被挂起的进程是活动的称未被挂起的进程是活动的 活动就绪活动就绪（Readya）活动活动阻塞阻塞（Blockeda）进程状态的转换：进程状态的转换：(1)(1)活动就绪活动就绪静止就绪。静止就绪。(2)(2)(2)(2)活动阻塞活动阻塞静止阻塞。静止阻塞。(3)(3)(3)(3)静止就绪静止就绪活动就绪。活动就绪。(4)(4)(4)(4)静止阻塞静止阻塞活动阻塞。活动阻塞。172.1 进程的基本概念进程的基本概念活动活动阻塞阻塞执行执行状态状态活动活动就绪就绪静止静止就绪就绪静止静止阻塞阻塞调度调度释放释放I/O请求请求激激活活激激活活挂挂起起挂挂起起挂挂起起

13、释放释放进程状态图进程状态图182.1 进程的基本概念进程的基本概念n4.4.创建状态创建状态 一般而言，当进程已拥有了自己的一般而言，当进程已拥有了自己的PCB，但进程自身，但进程自身还未进入主存，即创建工作尚未完成，进程还不能被调度还未进入主存，即创建工作尚未完成，进程还不能被调度运行，其所处的状态就是创建状态。运行，其所处的状态就是创建状态。对于处于创建状态的进程，获得了其所必需的资源，对于处于创建状态的进程，获得了其所必需的资源，以及对其以及对其PCBPCB初始化工作完成后，进程状态便可由创建状初始化工作完成后，进程状态便可由创建状态转入就绪状态。态转入就绪状态。创建一个进程一般要通过

14、两个步骤：创建一个进程一般要通过两个步骤：(1)(1)为进程创建为进程创建PCBPCB，并填写必要的管理信息；，并填写必要的管理信息；(2)(2)把该进程转入就绪状态并插入就绪队列之中。把该进程转入就绪状态并插入就绪队列之中。192.1 进程的基本概念进程的基本概念n 5.终止状态终止状态进程的终止也要通过两个步骤：进程的终止也要通过两个步骤：（1 1）等待操作系统进行善后处理；）等待操作系统进行善后处理；（2 2）PCBPCB清零，并将清零，并将PCBPCB空间返还系统。空间返还系统。当一个进程到达了自然结束点，或是出现了无法克服的错当一个进程到达了自然结束点，或是出现了无法克服的错误，或是

15、被操作系统所终结，或是被其他有终止权的进程所误，或是被操作系统所终结，或是被其他有终止权的进程所终结，它将进入终止状态。终结，它将进入终止状态。进入终止态的进程以后不能再执行。进入终止态的进程以后不能再执行。202.1 进程的基本概念进程的基本概念进程的五种基本状态及转换进程的五种基本状态及转换 212.1 进程的基本概念进程的基本概念具有创建、终止和挂起状态的进程状态图 222.1 进程的基本概念进程的基本概念v2.1.5 进程控制块进程控制块(PCB)n1.定义定义 进程控制块是进程实体的一部分，是操作系进程控制块是进程实体的一部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。统中最重要的记录型数

16、据结构。n2.作用作用 使一个在多道程序环境下不能独立运行的程使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序序(含数据含数据)，成为一个能独立运行的基本单位，成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其它进程一个能与其它进程并发执行并发执行的进程。的进程。或者说，或者说，OS是根据是根据PCB来对并发执行的进来对并发执行的进程进行控制和管理的。程进行控制和管理的。232.1 进程的基本概念进程的基本概念 n 3.进程控制块中的信息进程控制块中的信息进程标识符用于惟一地标识一个进程。进程标识符用于惟一地标识一个进程。一个进程通常有两种标识符：内部标一个进程通常有两种标识符：内部标识符与外部标识符。识符与外

17、部标识符。通用寄存器通用寄存器 指令计数器指令计数器 用户栈指针用户栈指针 程序状态字（程序状态字（PSW）进程状态进程状态 进程优先级进程优先级 其他调度信息其他调度信息 等待事件等待事件程序数据地址程序数据地址 进程同步及通信进程同步及通信 资源清单资源清单 链接指针链接指针242.1 进程的基本概念进程的基本概念 不同操作系统，不同操作系统，PCBPCB所包含的信息类型及数量所包含的信息类型及数量可能有所不同，但一般包括两类信息。可能有所不同，但一般包括两类信息。1 1）调度信息调度信息 描述进程的当前状况，供进程调度使用。描述进程的当前状况，供进程调度使用。2 2）现现场场信信息息 刻

18、刻划划了了进进程程运运行行的的情情况况；记记录录在在进进程程运运行行过过程程中中会会改改变变的的信信息息，以以便便进进程程中中断断后后，再再次次被被调度时能够继续运行。调度时能够继续运行。l链接方式链接方式 链接成各种就绪，阻塞及空白等各种队列。链接成各种就绪，阻塞及空白等各种队列。l索引方式索引方式 建立不同状态的索引表。建立不同状态的索引表。n 3.3.进程控制块的组织方式进程控制块的组织方式252.1 进程的基本概念进程的基本概念(a)链接方式链接方式PCBPCB链接字指出该进程所链接字指出该进程所在列中下一个进程在列中下一个进程PCBPCB的的首地址。首地址。262.1 进程的基本概念

19、进程的基本概念(b)索引方式索引方式在每个索引表的表目中，在每个索引表的表目中，记录具有相应状态的某个记录具有相应状态的某个PCBPCB在在PCBPCB表中的地址。表中的地址。272.2 进进 程程 控控 制制 进程控制是一般是由进程控制是一般是由OS的内核中的原语的内核中的原语来实现的。来实现的。v 2.2.1 原语原语(Primitive)由若干条指令组成的，用于完成一定功能的一个由若干条指令组成的，用于完成一定功能的一个过程。它的作用是过程。它的作用是为了实现进程的通信和控制。为了实现进程的通信和控制。l创建原语创建原语 create()l撤消原语撤消原语 destroy()l阻塞原语阻

20、塞原语 block()l唤醒原语唤醒原语 wakeup()l挂起原语挂起原语 suspend()l激活原语激活原语 active()282.2 进进 程程 控控 制制v2.2.2 进程的创建进程的创建 调用进程创建原语调用进程创建原语create()按以下步骤创建一个按以下步骤创建一个新进程。新进程。1.申请空白申请空白PCB2.为新进程分配资源为新进程分配资源3.初始化进程控制块初始化进程控制块4.将新进程插入就绪队列将新进程插入就绪队列292.2 进进 程程 控控 制制v2.2.3 进程的终止进程的终止引起进程终止的事件引起进程终止的事件(Termination of Process)正常

21、结束；正常结束；异常结束；异常结束；外界干预；外界干预；v2.2.4 进程的阻塞与唤醒进程的阻塞与唤醒n1.引起进程阻塞或唤醒的事件引起进程阻塞或唤醒的事件1)请求系统服务请求系统服务2)启动某种操作启动某种操作4)无新工作可做无新工作可做3)新数据尚未到达新数据尚未到达进程的阻塞是进程自身的一种进程的阻塞是进程自身的一种主动主动行为行为。302.2 进进 程程 控控 制制n2.进程阻塞过程进程阻塞过程 进程在执行过程中，需要等待某些条件发生时，由进程在执行过程中，需要等待某些条件发生时，由该进程调用阻塞原语该进程调用阻塞原语block()把进程从执行状态转换把进程从执行状态转换为阻塞状态。为

22、阻塞状态。算法步骤：算法步骤：1.1.中断中断CPUCPU执行，将执行，将CPUCPU的当前状态保存到的当前状态保存到PCBPCB的现场的现场信息。信息。2.2.将进程的当前状态置为阻塞状态；将进程的当前状态置为阻塞状态；3.3.将进程的将进程的PCBPCB插入到该事件的阻塞队列中。插入到该事件的阻塞队列中。312.2 进进 程程 控控 制制n3.进程唤醒过程进程唤醒过程当处于当处于阻塞状态的进程所等待的事件发生后，使用唤醒阻塞状态的进程所等待的事件发生后，使用唤醒原语原语wakeup()将进程从阻塞状态转换为就绪状态将进程从阻塞状态转换为就绪状态。算法步骤：算法步骤：1.1.在阻塞队列中找到

23、该进程，将其在阻塞队列中找到该进程，将其PCB的当前状态的当前状态设置为就绪；设置为就绪；2.2.将进程从阻塞队列中撤消，并插入到就绪队列中。将进程从阻塞队列中撤消，并插入到就绪队列中。322.2 进进 程程 控控 制制v 2.2.5 进程的挂起与激活进程的挂起与激活n1.进程的挂起进程的挂起 进程在执行过程中，根据用户或系统的某种需要，调进程在执行过程中，根据用户或系统的某种需要，调用挂起原语用挂起原语suspend()将进程从将进程从活动状态活动状态转换为转换为静止状静止状态态。算法步骤：算法步骤：1.1.根据外部标识检索根据外部标识检索PCBPCB集，找到要挂起的集，找到要挂起的PCBP

24、CB块；块；2.2.检查被挂进程的当前状态：检查被挂进程的当前状态：执执 行行 态态 静止就绪，并转调度程序，重新调度。静止就绪，并转调度程序，重新调度。活动就绪活动就绪 静止就绪静止就绪 活动阻塞活动阻塞 静止阻塞静止阻塞332.2 进进 程程 控控 制制n2.进程的激活过程进程的激活过程 当外于静止状态的进程所等待的激活事件发生后，使当外于静止状态的进程所等待的激活事件发生后，使用激活原语用激活原语active()将进程从静止状态转换为活动状态。将进程从静止状态转换为活动状态。算法步骤：算法步骤：1.1.检查被挂进程的当前状态；检查被挂进程的当前状态；2.2.将进程从相应的静止状态将进程从相应的静止状态活动状态。活动状态。3435