操作系统——第二章进程管理_在一个进程的生命周期中,该进程与他本身所执行的程序个数是()关系,对一个可执行的-优快云博客

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@ 操作系统——第二章进程管理

2.1 前趋图和程序执行

操作系统的特性之一是并发与共享，即在操作系统中（内存）同时存在几个相互独立的程序，这些程序在系统中即交叉的运行，又要共享系统中的资源，这就会引起一些列的问题，包括：对资源的竞争、运行程序之间的通信、程序之间的合作与协同等。
要解决这些问题，要用程序的概念已经不能描述程序在内存中运行的状态，必须引入新的概念–进程

2.1.1 前驱图

前驱图是一个有向无循环图（DAG），用于描述进程之间执行的前后关系
- 结点：描述一个程序段或进程，或一条语句
- 有向边：结点之间的偏序或前序关系“->”
  ->={(Pi,Pj)|Pi must complete before Pj may start}
  若（Pi,Pj） -> ,记为Pi->Pj,则
  Pi是Pj的前趋，Pj是Pi的直接后续
  
  注意：前趋图中一定不存在循环
  - 前趋关系：S2->S3,S3->S2，不可能满足

2.1.2 程序的顺序执行

1、程序的顺序执行

一个程序由若干个程序段组成，而这些程序段执行必须是顺序的，这种程序执行的方式就称为程序的顺序执行。

#include<stdio.h>
main()
{
	int x,y,z,t;
	scanf("%d %d %d",&x,&y,&z);
	if(x>y){
	// 交换x，y的值
	t=x;
	x=y;
	y=t;
	}
	if(x>z){
	t=z;
	z=x;
	x=t;
	}
	if(y>z){
	t=y;
	y=z;
	z=t;
	}
	printf("small to big:%d %d %d\n",x,y,z)
	return 0;
}

例：讨论单道程序的工作情况

对用户作业的处理–
- 首先输入用户的程序和数据 input
- 然后进行计算 caculate
- 最后打印计算结果 print
即有三个顺序执行的操作–
- I：输入操作
- C：计算操作
- P：输出操作
- I1->C1->P1->I2->C2->P2

2、程序顺序执行时的特征

（1）顺序性
- 处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行
（2）封闭性
- 程序一旦开始执行，其计算结果不受外界因素的影响
（3）可在现性
- 程序执行的结果与它执行的速度无关（即与时间无关），而只与初始条件有关。

2.1.3程序的并发执行

1、程序的并发执行

在这里插入图片描述又如：四个程序段
S1：a:=x+2
S2: b:=y+4
S3: c:=a+b
S4: d:=c+b

2、程序并发执行时的特征

（1）、间断性

在多道程序设计的环境下，程序的并发的执行，以及为完成一项任务而相互合作，这些程序之间要共享系统的资源，形成相互制约的关系
相互制约导致并发程序具有“执行-暂停-执行”，这种间断性的活动规律

（2）、失去封闭性

程序在并发执行时，改变，程序运行失去封闭性。——程序的运行受到其他程序的影响

（3）、不可再现性

程序在并发执行时，多次运行初始条件相同的同一程序得出不同的运行结果
- 共享公共变量的两个程序，他们执行时可能产生不同结果

2.2进程的描述

1、进程的特征和定义

在多道程序设计的环境下为了描述程序在计算机系统内的执行情况，必须引入新的概念–进程

1）进程的定义

进程：程序关于某个数据集合的一次执行过程

进程的其他定义

行为的一个规则叫做程序，程序在处理机上执行时所发生的活动称为进程（Dijkstra）
进程是这样的计算部分，它可以和其他计算机并行的一个计算
进程（有时称为任务）是一个程序与其数据一道通过处理机的执行所发生的活动（Alan.C.Shaw）
进程是执行所中发生的活动
进程是执行中的程序

2）进程的特征（与程序比较）

1、结构特征
- 进程控制块（PCB）+程序+数据=进程实体
2、动态性——最基本的特征
- 进程：进程实体的一次执行过程，有生命周期
- 程序：程序是一组有序指令的集合，是静态的概念
并发性
独立性
异步性
- 进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进

2、进程的三种基本状态

进程的三种基本状态

（1）、就绪状态（Ready）

进程已获得除CPU之外的所有必须的资源，一旦得到CPU控制权，立即可以运行

（2）、运行状态（Running）

进程已获得运行所必需的资源，它的程序正在处理机上执行

（3）、阻塞状态（Blocked）

正在执行的进程由于发生某事件而短暂无法执行时，便放弃处理机而处于暂停状态，称该进程处于阻塞状态或等待状态。

3、挂起状态

1）引起挂起状态的原因：

终端用户的请求
父进程请求
负荷调节的需要
操作系统的需要

2）进程状态的转换

引起挂起状态后，增加挂起状态（静止状态）到非挂起状态（活动状态）的转换，或者相反

2.2进程的描述

在这里插入图片描述

2.2.4 进程管理中的数据结构

1、进程控制块（PCB）的作用

进程控制块的作用
- 存放进程管理和控制信息的数据结构成为进程控制块。它是进程管理和控制的最重要的数据结构，在创建时，建立PCB，并伴随进程运行的全过程，直到今后才能撤销而撤销。PCB就像我们的户口
PCB是进程存在的唯一标志
- 系统的所有PCB组织成链表或队列，常驻内存的PCB区

2、进程控制块中的信息

1）进程标识符

每个进程都必须有一个唯一的标识符
- 内部标识符
- 外部标识符

2）处理机的状态

处理机状态信息主要由处理机的各种寄存器中的内容组成，处理机运行时的信息存放在寄存器中，当被中断时这些信息要存放在PCB中。

3、进程控制块的组织信息

4、进程控制块

2.4进程同步

1、进程间两种形式的制约关系

间接相互制约关系——源于资源共享
直接相互制约关系——源于进程合作

临界资源——互斥访问

生产者——消费者问题

在这里插入图片描述

生产者进程和消费者进程都以一部方式运行
但他们之间必须保持同步

item buffer[n]; //用数组表示具有n个缓冲区的缓冲池
int in=0,out=0;
// 输入指针in指示下一个可能投放产品的缓冲区，输出指针out指示下一个可从中获取产品的缓冲区，初值//均为
counter=0;//初始值为0,，放入产品使其加0，取出产品使其减1
/*
缓冲池组织为循环缓冲，
*/

在这里插入图片描述 #### 同步机制应遵循的规则

忙则让进
忙则等待
有限等待
让权等待

2.4.3信号量机制

1、整形信号量

定义：整形量，除初始化外，仅能通过两个原子操作来访问
P操作

wait(S):
	while(S<=0) do no-op;
	S--;

V操作

signal(S):
	S++;

P,V操作是原子操作，不可中断

用信号量机制实现互斥的模式

semaphore mutex=1;
	begin
	parbegin
		process 1:begin
					repeat
					wait(mutex);
					critical section;
					signal(mutex);
					remainder section
				until false;
				end
		process 2:begin
					repeat
					wait(mutex);
					critical section;
					signal(mutex);
					remainder section
				until false;
				end
	parend