计算机操作系统2--进程

计算机操作系统2–进程

1 程序的执行

1.1 程序的顺序执行

一个应用程序由多个程序段组成，每个程序段完成特定的功能，在执行时，都需要按照某种先后次序顺序执行。顺序执行时具有以下特征

• 顺序性
• 封闭性
• 可再现性

1.2 程序的并发执行

引言： 程序顺序执行的缺点：系统资源利用率低–>在系统中引入多道程序技术，使程序或程序段间能并发执行。

只有不存在前驱关系的程序之间才有可能并发执行。

程序并发执行，提高了系统的吞吐量和资源利用率，但由于它们共享资源，以及合作的关系，形成相互制约。并发执行具有以下特点：

• 间断性，执行–暂停–执行
• 失去封闭性，系统资源被共享
• 不可再现性，由于失去封闭性，计算结果与并发程序的执行速度有关

2 进程

2.1 进程的定义及特征

通常的程序时不能参与并发执行的，为了对并发执行的程序加以描述控制，引入“进程”的概念。

为使并发执行的程序（含数据）能独立地运行，操作系统中必须配置专门的数据结构，称进程控制块（Process Control Block, PCB）来描述进程的基本情况和活动过程。

进程实体（进程映像）：

• 程序段、相关数据段
• PCB

所谓创建进程，实质上是创建进程实体中的PCB。

定义总结： 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。

进程的特征：

• 动态性，“由创建而生，由调度而执行，由撤销而消亡”
• 并发性，引入进程的目的就是为了实现并发
• 独立性，进程实体是一个能独立运行、独立获得资源和独立接收调度的基本单位。
• 异步性，进程间存在两种制约关系，使其运行不受自身所控制。
  • 间接相互制约
  • 直接相互制约

2.2 进程的基本状态和转换

1. 进程的三种基本状态

• 就绪
• 执行
• 阻塞
  进程在运行过程中会经常发生 三种状态之间的转换

2. 创建状态和终止状态
3. 挂起操作下进程状态的转换

2.3 进程控制

进程控制是进程管理中最基本的功能，包括

1. 进程创建

2. 进程终止

   • 正常结束，进程完成，自行退出
   • 异常结束，出现异常，被迫退出
   • 外界干预，外界请求，被动退出

3. 进程的阻塞与唤醒 block & wakeup
   以下事件会引起进程的阻塞，以及唤醒：

   • 向系统请求共享资源失败
   • 等待某种操作的完成
   • 新数据尚未到达
   • 等待新任务的到达

4. 进程的挂起与激活 suspend & active

2.4 进程同步

引言： 为保证多个进程有条不紊地运行，在多道程序系统中，必须引入进程同步机制。

进程存在的两种制约关系，使其运行不受自身所控制

1. 主要任务：实现可再现性

对多个相关进程在执行次序上进行协调，使并发执行的诸多进程之间能按照一定的规则（或时序）共享系统资源，并能很好地相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。

2. 进程同步机制：

• 硬件同步机制
• 信号量机制
• 管程机制

3. 进程的互斥访问：
对于临界资源，多个进程之间只能互斥地进行访问。

• 临界资源：
  • 硬件临界资源
  • 软件临界资源

访问临界资源的循环进程描述如下：

while(True)
{进入区
临界区
退出区
剩余区}

临界区：
控制进程访问临界资源的程序

经典的互斥与同步问题：生产-消费者问题

2.5 进程通信

1. 低级进程通信：
由于进程的互斥与同步，需要在进程间交换一定的信息。

在进程之间要传送大量数据时，要用高级通信工具：

• 使用方便
• 高效传输大量数据

2. 高级通信机制：

• 共享存储器系统
• 管道通信系统
• 消息传递系统
• 客户机-服务器系统

3 线程与进程调度

线程是调度和分派的基本单位

4 死锁