第二章 进程的描述与控制（一）

本篇记一些补充或者总结的东西。

2.1 前趋图和程序执行

1.前趋图关注的是前趋关系，不能有循环。

2.多道并发应是“有控制的并发”。

多道程序运行符合前趋图的关系才是合理并发。

没有任何干预下会出现结果不可再现的并发，即错误的并发。

2.2 进程的描述

1.进程的特征

①结构性特征，进程的根本——PCB

②动态性，进程最基本的特征

③并发性

④独立性

⑤异步性

2.区别进程和程序

①动与静

进程是动态的，程序是静态的；程序是有序代码的集合，进程是程序的执行。

②永久与暂时

进程是暂时的，程序是永久的；进程是一个状态变化的过程，程序是可长久保存的。

③结构

进程的组成包括程序、数据和进程控制块（进程各种控制信息）。

④进程与程序的对应关系

都可以一对n。通过多次执行，一个程序可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可包括多个程序。

3.创建状态

①申请一个空白PCB

②分配资源

③PCB的初始化工作

④将新进程插入就绪队列

4.进程控制块是进程存在的唯一标志。

5.OS对进程进行控制和管理围绕PCB进行。

6.存放进程的管理和控制信息的数据结构为进程控制块。

2.3 进程控制

1.原语：是由若干指令构成的原子操作过程，作为整体实现功能，不可被打断（CPU关中断）。

2.进程只能挂起自己或其子孙进程。

3.关于调度

①进程控制中，状态转换和调度密切相关。

②运行态进程的改变必然产生调度行为。

③只要产生新就绪态进程，就需考虑调度策略。

只要是采用抢占式调度，要检查新就绪进程是否可抢占CPU，引起新的调度。

4.两种形式的制约关系

①间接相互制约关系：由于共享系统资源（互斥）

②直接相互制约关系：源于进程合作（有序）

5.临界资源：一次仅允许一个进程使用的资源

6.同步机制应遵循的规则：

①空闲让进：资源使用最基本原则

②忙则等待：保证互斥

③有限等待：合适时被唤起防止死等

④让权等待：能主动释放CPU防止忙等

2.4 进程同步

1.进程同步的关键：不应被打断（原语，OS核心态运行）

   主要涉及“判断”和“修改标志”操作

2.信号量是一种类型，用户不能修改，但可以自定义调用。

3.整型信号量

①信号量定义为一个整型量

②根据初始情况赋相应的值

③仅能通过两个原子操作来访问：wait(),signal()

4.整型信号量

p操作 wait（s）
{ while(s<=0)   do no-op;
  s=s-1; }
v操作 signal（s）
{ s:=s+1; }

（s:=s+1）操作只能存在于原语内部，在外部存在是错误的，在外部只能通过系统封装的赋值函数调用。

整型信号量符合“有限等待”原则，不符合“让权等待”原则，所以信号量结构信息发生变化，产生了记录型信号量。

5.记录型信号量

记录型数据结构：整型变量value（代表资源数目）、进程链表L（链接所有等待进程）

代码：

type Semaphore = record
value : integer;
L : list of PCB;
end;

操作：S.value，S.L

value>0表示当前可用资源的数量；

value<=0，其绝对值表示等待使用该资源的进程数，即在该信号量队列上排队的PCB的个数。

6.wait（）操作和signal（）操作

p操作：wait（）：
S.value = S.value - 1;
if(S.value < 0)   then block(S.L);
v操作：signal（）：
S.value = S.value + 1;
if(S.value <= 0)   then wakeup(S.L);

if仅执行一次，再返回现场时，执行if下一条语句。

7.互斥信号量注意点：

①互斥信号量mutex初值为1；

②每个进程中将临界区代码置于P（mutex）和V（mutex）原语之间；

③必须成对使用P和V原语（在同一进程中），不能次序错误、重复或遗漏。

8.控制同步顺序的注意点

①信号量值为0的点是限制的关键所在；

②成对使用P和V原语（在有先后关系的两个进程中），不能次序错误、重复或遗漏，否则同步顺序出错。

9.示例一

问题描述：设有一供者和一用者，如何用信号量来控制二者对缓冲区的同步使用。

分析：需要两个信号量，s1表示空缓冲的个数，初值为1；s2表示产品的个数，初值为0。

伪代码：

①供者：
……
P（s1）；
将数据送入缓冲区；
V（s2）；
……
②用者：
……
P（s2）；
从缓冲区取数来用；
V（s1）；
……

10.示例二

问题描述：有一个果盘，果盘里只能放一个水果，爸爸放梨，妈妈放苹果，儿子吃梨。女儿吃苹果，如何用信号量来控制

分析：需要三个信号量，l表示梨的数量，a表示苹果的数量，e表示空的数量

伪代码：

father()
{ while(True)
  { wait(e);
    放梨;
    signal(l);
} }

mother()
{ while(True)
  { wait(e);
    放苹果；
    signal(a);
} }

daugher()
{ while(True)
  { wait(a);
    取苹果;
    signal(e);
} }

son()
{ while(True)
  { wait(l);
    取梨;
    signal(e);
} }

main()
{ semaphore l = 0,a = 0,e = 0;
  father();
  mother();
  daughter();
  son();
}