Operating System之进程管理

本文深入解析了操作系统核心组件——进程管理的关键概念,包括进程与线程的区别,进程的状态及其转换,以及进程控制的重要机制。文章阐述了进程作为系统资源分配和调度的独立单位,其动态性、并发性等基本特征,以及进程状态之间的转换逻辑。

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进程管理是操作系统的核心,包括进程、线程、处理机调度、进程同步以及死锁五大部分。

一、进程与线程

我们首先介绍进程和线程,先来思考以下问题:
——引入进程的目的?
——进程是什么以及进程的组成?
——进程如何解决问题

1. 进程的概念和特征

引入进程,目的是更好地描述和控制程序的并发执行,实现操作系统的并发性和共享性(最基本的两个特性)

程序段、相关数据段和PCB(进程控制块)构成了进程映像(进程实体)。 所谓创建(或撤销)进程,实质上就是创建(或撤销)进程映像中的PCB。

进程映像是静态的,进程则是动态的。

我们可以将进程定义为:进程是进程实体(进程映像)的运行过程,是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

其中系统资源指的是处理机、存储器和其他服务于某进程的“时间”,所以进程是这些资源分配和调度的独立单位,即“时间片”分配的独立单位

进程的基本特征是动态性(最基本)、并发性、独立性、异步性和结构性

2. 进程的状态与转换

运行状态:单处理机下,每个时刻最多只有一个进程处于运行状态

就绪状态:进程获得了除处理机以为的一切所需的资源,一旦得到处理机即可执行

阻塞状态(等待状态):等待某资源(不包括处理机)或等待某输入/输出完成或等待某一事件

创建状态:创建PCB

结束状态:结束PCB
在这里插入图片描述
状态的转换:
就绪状态——>运行状态:获得处理机
运行状态——>就绪状态:处理机时间片用完,或者让出给更高优先级的进程
运行状态——>阻塞状态:请求资源或等待事件发生
阻塞状态——>就绪状态:事件发生或资源获得(不包括处理机)

注意:一个进程从运行状态变为阻塞状态是一个主动的行为,而从阻塞状态变到就绪状态是一个被动的行为,需要其他相关进程的协助

  1. 进程控制

  2. 进程的组织

  3. 进程的通信

  4. 线程概念和多线程模型

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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