系统架构师【操作系统:进程管理】

操作系统中的处理机管理,即进程管理,是系统的核心,涉及进程的概念、状态及其转换。进程有就绪、执行和阻塞三种状态,状态之间动态转换。挂起状态是某些系统中增加的状态,用于内存管理和用户需求。信号量和P/V操作用于实现进程的互斥和同步,防止死锁的发生。进程调度决定处理机的分配,包括剥夺和非剥夺方式,常见调度算法有FCFS、优先级调度和轮转法。死锁是进程间资源竞争导致的僵局,需要通过预防和避免策略来解决。

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一.处理机管理

处理机是计算机系统的核心资源。操作系统的功能之一就是处理机管理。随着计算机的迅速发展,处理机管理显得尤为重要。这主要由于计算机的速度越来越快,处理机的充分利用有利于系统效率的整体提升;处理机管理是整个操作系统的重心所在,其管理的好坏直接影响到整个系统的运行效率;而且操作系统中并发活动的管理和控制是在处理机管理下实现的,处理机管理集中了操作系统中最复杂的部分,它设计的好坏关系到整个系统的成败。

二.进程

进程是处理机管理中最基本、最重要的概念。进程是系统并发执行的体现。由于在多程序系统中,众多的计算机用户都以各种各样的任务,随时随地的争夺使用处理机。为了动态地看待操作系统,则以进程作为独立运行的基本单位,以进程作为分配资源的基本单位,从进程的角度来研究操作系统。因此,处理机管理也被称为进程管理。处理机管理的功能就是组织和协调用户对处理机的争夺使用,把处理机分配给进程,对进程进行管理和控制,最大限度的发挥处理机的作用。

  • 进程的概念用静态的观点看,操作系统是一组程序和表格的集合。用动态的观点看,操作系统是进程的动态和并发执行的。而进程的概念实际上是程序这一概念发展的产物。因此,可以从分析程序的基本特征入手,引用进程的概念。
    顺序程序是指程序中若干操作必须按照某种先后顺序来执行,并且每次操作前和操作后的数据、状态之间都有一定的关系。在早期的程序设计中,程序一般都是按照顺序执行的。
    在多道程序系统中,程序的运行环境发生了很大的变化。主要体现在:

    1. 资源共享。为了提高资源的利用率,计算机系统中的资源不在由一道程序专用,而是由多道程序共同使用。
    2. 程序的并发执行或并行执行。逻辑上允许多道不同用户的程序并行执行;允许一个用户程序内部完成不同操作的程序段之间并行执行;允许操作系统内部不同的程序之间并行执行。物理上讲:内存储器中保存多个程序,I/O设备被多个程序交替地共享使用;在多处理机系统的情形下,表现为多个程序在各自的处理机上运行,执行时间是重叠的。单处理机系统情形下,表现为多道程序交替地在处理机上相互交替执行。

    实际上,在多道程序系统中,程序的并行执行和资源共享之间是相辅相成的。一方面,只有允许程序并行执行,才能存在资源共享的问题;另一方面,只有有效地实现资源共享,才可能使得程序并行执行。
    这样可增强计算机系统的处理能力和提高机器的利用率。并发操作实际上是这样的:大多数程序段只要求操作在时间上是有序的,也就是有些操作必须在其它操作之前,这是有序的,但其中有些操作却可以同时执行。

三.进程的状态

由进程运行的间断性,决定了进程至少具有以下三种状态:

  1. 就绪状态。当进程已分配了除CPU以外的所有必要的资源后,只要再获得处理机,便能立即执行,把这时的进程状态称为就绪状态。在一个系统中,可以有多个进程同时处于就绪状态,通常把它们排成一个队列,称为就绪队列。
  2. 执行状态。执
实验目的 设计一个有 N个进程并行的进程调度程序。采用最高优先级优先的调度算法进行进程调度的模拟。 实验要求 设计一个有 N个进程并行的进程调度程序。采用最高优先级优先的调度算法进行进程调度的模拟。 实验原理 每个进程用一个进程控制块( PCB)表示。进程控制块可以包含进程名、优先级、到达时间、需要运行时间、已用CPU时间、进程状态等等。 进程的运行时间以时间片为单位进行计算。 每个进程的状态可以是就绪 W(Wait)、运行R(Run)、或完成F(Finish)三种状态之一。进程名、优先级、需要运行时间通过键盘输入。就绪进程获得 CPU后都只能运行一个时间片。用已占用CPU时间加1来表示。运行一个时间片后,进程的已占用 CPU时间已达到所需要的运行时间,则撤消该进程,否则将进程的优先级减1(即降低一级),然后把它插入就绪队列等待CPU。每进行一次调度程序都打印一次运行进程、就绪队列、以及各个进程的 PCB,以便进行检查。 重复以上过程,直到所有进程都完成为止。 实验仪器 PC及其LINUX操作系统 实验步骤 调度算法的流程图如下 : 实验内容 程序部分: #include "stdio.h" #include #include #define getpch(type) (type*)malloc(sizeof(type)) #define NULL 0 struct pcb { /* 定义进程控制块PCB */ char name[10]; char state; int super; int ntime; int rtime; struct pcb* link; }*ready=NULL,*p; typedef struct pcb PCB; sort() /* 建立对进程进行优先级排列函数*/ { PCB *first, *second; int insert=0; if((ready==NULL)||((p->super)>(ready->super))) /*优先级最大者,插入队首*/ { p->link=ready; ready=p; } else /* 进程比较优先级,插入适当的位置中*/ { first=ready; second=first->link; while(second!=NULL) { if((p->super)>(second->super)) /*若插入进程比当前进程优先数大,*/ { /*插入到当前进程前面*/ p->link=second; first->link=p; second=NULL; insert=1; } else /* 插入进程优先数最低,则插入到队尾*/ { first=first->link; second=second->link; } } if(insert==0) first->link=p; } } void input() /* 建立进程控制块函数*/ { int i,num; //clrscr(); /*清屏*/ printf("\n 请输入进程号?"); scanf("%d",#); for(i=0;iname); printf("\n 输入进程优先数:"); scanf("%d",&p->super); printf("\n 输入进程运行时间:"); scanf("%d",&p->ntime); printf("\n"); p->rtime=0;p->state='w'; p->link=NULL; sort(); /* 调用sort函数*/ } } int space() { int l=0; PCB* pr=ready; while(pr!=NULL) { l++; pr=pr->link; } return(l); } void disp(PCB * pr) /*建立进程显示函数,用于显示当前进程*/ { printf("\n qname \t state \t super \t ndtime \t runtime \n"); printf("|%s\t",pr->name); printf("|%c\t",pr->state); printf("|%d\t",pr->super); printf("|%d\t",pr->ntime); printf("|%d\t",pr->rtime); printf("\n"); } void check() /* 建立进程查看函数 */ { PCB* pr; printf("\n **** 当前正在运行的进程是:%s",p->name); /*显示当前运行进程*/ disp(p); pr=ready; printf("\n ****当前就绪队列状态为:\n"); /*显示就绪队列状态*/ while(pr!=NULL) { disp(pr); pr=pr->link; } } void destroy() /*建立进程撤消函数(进程运行结束,撤消进程)*/ { printf("\n 进程 [%s] 已完成.\n",p->name); free(p); } void running() /* 建立进程就绪函数(进程运行时间到,置就绪状态*/ { (p->rtime)++; if(p->rtime==p->ntime) destroy(); /* 调用destroy函数*/ else { (p->super)--; p->state='w'; sort(); /*调用sort函数*/ } } void main() /*主函数*/ { int len,h=0; char ch; input(); len=space(); while((len!=0)&&(ready!=NULL)) { ch=getchar(); h++; printf("\n The execute number:%d \n",h); p=ready; ready=p->link; p->link=NULL; p->state='R'; check(); running(); printf("\n 按任一键继续......"); ch=getchar(); } printf("\n\n 进程已经完成.\n"); ch=getchar(); }
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