操作系统OS02进程管理课件.ppt

第二章 进 程 管 理 1第二章第二章进程管理进程管理n重点：重点：n进程的定义、进程控制的基本概念进程的定义、进程控制的基本概念n进程进程PCB的基本结构，作用及的基本结构，作用及进程的状态转换进程的状态转换n进程同步与互斥的基本概念和解决方法进程同步与互斥的基本概念和解决方法n几个经典的进程同步与互斥问题及算法几个经典的进程同步与互斥问题及算法n线程的基本概念及状态线程的基本概念及状态n难点难点：n进程的同步与互斥进程的同步与互斥第二章 进 程 管 理 2第二章第二章进程管理进程管理主要内容：主要内容：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进程同步进程同步2.4经典进程的同步问题经典进程的同步问题2.5管程机制管程机制2.6进程通信进程通信2.7线程线程第二章 进 程 管 理 32.1.进程的基本概念进程的基本概念2.1.1程序的顺序执行及其特征程序的顺序执行及其特征2.1.2前趋图前趋图2.1.3程序的并发执行及其特征程序的并发执行及其特征2.1.4进程的特征与状态进程的特征与状态2.1.5进程控制块进程控制块第二章 进 程 管 理 42.1.12.1.1 程序的顺序执行及特征程序的顺序执行及特征1、程序的顺序执行、程序的顺序执行例例1：数据计算时要经过：数据计算时要经过I:输入操作输入操作C:计算操作计算操作P:打打印操作印操作:例例2：如下三条语句的执行：如下三条语句的执行 S1:a:=x+y;S2:b:=a-5;S3:c:=b+1;2、特征、特征n顺序性、封闭性、可再现性顺序性、封闭性、可再现性I1C1P1I2C2P2语句语句语句语句S1S1语句语句语句语句S2S2语句语句语句语句S3S3第二章 进 程 管 理 52.1.22.1.2 前趋图前趋图1、前趋图、前趋图(PrecedenceGraph)n一个有向无循环图一个有向无循环图n描述进程之间执行的前后关系描述进程之间执行的前后关系2、前趋关系、前趋关系“”n=(Pi,Pj)|PimustcompletebeforePjmaystartn如果：如果：(Pi,Pj)，也可以写成：，也可以写成：PiPjn则称：则称：Pi是是Pj的直接前趋的直接前趋,Pj是是Pi的直接后继的直接后继n初始结点：没有前趋初始结点：没有前趋n终止结点：没有后继终止结点：没有后继n每个结点还具有一个每个结点还具有一个权权或或重量重量(Weight)，表示该结，表示该结点的程序量或执行时间。

点的程序量或执行时间P1P2P3P1P2P3第二章 进 程 管 理 6其前趋关系表示为：其前趋关系表示为：P=PP=P1 1，P P2 2，P P3 3，P P4 4，P P5 5，P P6 6，P P7 7=（P P1 1,P,P2 2）,（P P1 1,P,P3 3）,（P P1 1,P,P4 4）,（P P2 2,P,P5 5）,（P P3 3,P,P5 5）,（P P4 4,P,P6 6）,（P P5 5,P,P7 7）,（P P6 6,P,P7 7）P1P4P3P2P6P5P7具有具有7个结点的前驱图个结点的前驱图第二章 进 程 管 理 72.1.32.1.3 程序的并发执行及其特征程序的并发执行及其特征I1C1P1I2C2P2I3C3P3I4C4P4输入程序输入程序计算程序计算程序打印程序打印程序1、在对一批程序进行处理时，可以并发执行在对一批程序进行处理时，可以并发执行例例1：输入、计算、打印三个程序对一批作业进行处理时存：输入、计算、打印三个程序对一批作业进行处理时存在前趋关系：在前趋关系：前驱关系：前驱关系：IiCi，IiIi+1,CiPi,CiCi+1，PiPi+1第二章 进 程 管 理 82.1.3程序的并发执行及其特征程序的并发执行及其特征例例2：对于下述四条语句的程序段：对于下述四条语句的程序段：S1：a:=x+2;S2：b:=y+4;S3：c:=a+b;S4：d:=c+b;S2S1S3S4前驱关系前驱关系第二章 进 程 管 理 9n又如：三个程序的执行顺序如图：又如：三个程序的执行顺序如图：P1：a:=1P2：x:=a+1P3：y:=a+12.1.3程序的并发执行及其特征程序的并发执行及其特征P1P2P3前驱关系前驱关系第二章 进 程 管 理 10程序并发执行条件（程序并发执行条件（Bernstein条件）条件）将任一语句划分为两个变量的集合将任一语句划分为两个变量的集合R(Si)和和W(Si):读读集集R(Si)=a1，a2，am写集写集W(Si)=b1，b2，bn如对语句如对语句S1和和S2有：有：R(S1)W(S2)=W(S1)R(S2)=W(S1)W(S2)=成立，则语句成立，则语句S1和和S2可并发执行。

可并发执行第二章 进 程 管 理 11程序并发执行条件（程序并发执行条件（Bernstein条件）条件）例例1语句语句c=ab和和w=c+1R（c=ab）=a,bW（c=ab）=cR（w=c+1）=cW（w=c+1）=wR（w=c+1）W（c=ab）=c语句语句c=ab和和w=c+1不能并发执行不能并发执行第二章 进 程 管 理 122、程序并发执行时的特征、程序并发执行时的特征n间断间断(异步异步)性性：“执行执行暂停暂停执行执行”，一个程序可，一个程序可能走到中途停下来，失去原有的时序关系能走到中途停下来，失去原有的时序关系n失去封闭性失去封闭性：共享资源，受其他程序的控制逻辑的影：共享资源，受其他程序的控制逻辑的影响如：一个程序写到存储器中的数据可能被另一个响如：一个程序写到存储器中的数据可能被另一个程序修改，失去原有的不变特征程序修改，失去原有的不变特征n不可再现性不可再现性：失去封闭性：失去封闭性失去可再现性；外界环失去可再现性；外界环境在程序的两次执行期间发生变化，失去原有的可重境在程序的两次执行期间发生变化，失去原有的可重复特征第二章 进 程 管 理 13程序并发执行时的不可再现性程序并发执行时的不可再现性例如例如:有两个循环程序有两个循环程序A和和B，共享一个变量，共享一个变量N。

程序程序A每执行一次时，都要做每执行一次时，都要做N:=N+1;程序程序B每执行一次时，都每执行一次时，都要执行要执行print(N),然后将然后将N置成置成0程序A和和B以不同的速度以不同的速度运行可能出现的情况如下可能出现的情况如下(某时刻变量某时刻变量N的值为的值为n)：1、N:=N+1在在print(N)和和N:=0之前，之前，2、N:=N+1在在print(N)和和N:=0之后，之后，3、N:=N+1在在print(N)和和N:=0之间，之间，得到的得到的N值为值为n+1,n+1,0得到的得到的N值为值为n,0,1得到的得到的N值为值为n,n+1,0第二章 进 程 管 理 142.1.4进程的特征与状态进程的特征与状态1.进程的特征与定义进程的特征与定义2.进程的三种基本状态进程的三种基本状态3.挂起状态挂起状态4.创建状态和终止状态创建状态和终止状态第二章 进 程 管 理 15进程特征进程特征n结构特性结构特性(PCB-ProcessControlBlock)n进程实体程序段相关的数据段进程实体程序段相关的数据段PCBn动态性动态性n由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡由创建而产生，由调度而执行，由撤销而消亡n并发性并发性n独立性独立性n独立运行、独立分配资源、独立接受调度独立运行、独立分配资源、独立接受调度n异步性异步性第二章 进 程 管 理 16进程定义进程定义n进程的典型定义：进程的典型定义：（1 1）进程是程序的一次执行）进程是程序的一次执行（2 2）进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行）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时所发生的活动（3 3）进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它）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。

是系统进行资源分配和调度的一个独立单位n传统传统OSOS中进程定义：进程是进程实体的运行过程，中进程定义：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是系统进行资源分配和调度的一个独立单位第二章 进 程 管 理 17进程与程序的区别：（如同进程与程序的区别：（如同“演出演出”与与“剧本剧本”）进程是动态的，程序是静态的：进程是动态的，程序是静态的：程序是有序代码的集合；程序是有序代码的集合；进程是程序的执行进程更能真实地描述并发执行，可以进程是程序的执行进程更能真实地描述并发执行，可以揭示揭示OS的内部特征，而程序不能的内部特征，而程序不能进程是暂时的，程序是永久的：进程是暂时的，程序是永久的：进程是一个状态变化的过进程是一个状态变化的过程，程序可长久保存程，程序可长久保存进程与程序的组成不同：进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进进程的组成包括程序、数据和进程控制块（即进程状态信息）；程序仅是代码的有序集合程控制块（即进程状态信息）；程序仅是代码的有序集合进程与程序的对应关系：进程与程序的对应关系：通过多次执行，一个程序可对应通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可涉及到多个程序的多个进程；通过调用关系，一个进程可涉及到多个程序的执行。

执行进程具有创建其他进程的功能进程具有创建其他进程的功能，父进程创建子进程而形成，父进程创建子进程而形成进程树，而程序不能进程树，而程序不能第二章 进 程 管 理 18进程的基本状态进程的基本状态n三种基本状态：三种基本状态：n就绪状态就绪状态n执行状态执行状态n阻塞状态阻塞状态进程状态转换进程状态转换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请求请求进程进程唤醒唤醒时间时间片到片到第二章 进 程 管 理 19第二章 进 程 管 理 20挂起状态挂起状态n引入挂起状态的原因：引入挂起状态的原因：n终端用户请求终端用户请求n父进程请求父进程请求:考查、修改或协调各子进程时；考查、修改或协调各子进程时；n负荷调节的需要：缓和内存紧张的情况；负荷调节的需要：缓和内存紧张的情况；n操作系统的需要：改善系统运行性能，调节负荷；操作系统的需要：改善系统运行性能，调节负荷；n增加的状态：增加的状态：n挂起状态（静止状态）挂起状态（静止状态）n非挂起状态（活动状态）非挂起状态（活动状态）第二章 进 程 管 理 21具有挂起状态的进程状态图具有挂起状态的进程状态图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唤醒唤醒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唤醒唤醒第二章 进 程 管 理 22创建状态和终止状态创建状态和终止状态n创建状态创建状态n创建一个进程过程：创建一个进程过程：1.为一个新进程创建为一个新进程创建PCB，并填写必要的管理信息，并填写必要的管理信息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n引入创建状态，为了保证进程的调度必须在创引入创建状态，为了保证进程的调度必须在创建工作完成后进行，以确保对进程控制块操作的建工作完成后进行，以确保对进程控制块操作的完整性。

完整性第二章 进 程 管 理 23创建状态和终止状态创建状态和终止状态n终止状态终止状态n进程终止过程进程终止过程n首先，等待操作系统进行善后处理首先，等待操作系统进行善后处理n然后，将其然后，将其PCB清零，并将清零，并将PCB空间返还系统空间返还系统n当一个进程到达了自然结束点，或是出现了无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，或是被操作系统所终结，或是法克服的错误，或是被操作系统所终结，或是被其它有终止权的进程所终结，它将进入终止被其它有终止权的进程所终结，它将进入终止状态第二章 进 程 管 理 24创建状态和终止状态创建状态和终止状态时间片完时间。