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计算机操作系统3-1

计算机操作系统 第三章 进程管理 本章主要内容： 3.1进程的概念 3.2进程的描述 3.3进程状态及其转换 3.4进程控制 3.5进程互斥 3.6进程同步 3.1进程的概念 3.1.1程序的并发执行 3.1.2进程的定义 3.1.3进程与作业 3.1.1程序的并发执行 1.前驱图 前驱图是一个有向无循环图，图中的每个结点可以表示一条语句、一个程序段或一个进程，结点间的有向边表示两个结点之间存在的偏序或前驱关系“→”： →＝{(Pi,Pj)| Pi必须在Pj 开始之前完成} 前驱图 如果(Pi,Pj)∈→(也可以写成Pi→Pj)，则称为Pi是Pj 的直接前驱，而Pj 是Pi 的直接后继。若存在一个序列Pi→Pj→…→Pk ，则称Pi是Pk 的前驱，而Pk 是Pi 的后继。在前驱图中，没有前驱的结点称为初始结点，没有后继的结点称为终止结点。 前驱图示例 2.程序的顺序执行 数据：能被计算机处理的的字母、数字、符号等； 操作：数据处理的规则； 计算：程序的一次执行过程。 把一个具有独立功能的程序独占处理机直至最终结束的过程称为程序的顺序执行。 程序的顺序执行 程序顺序执行的特点： 顺序性 封闭性 可再现性 程序与计算一一对应 3.程序的并发执行 所谓程序的并发执行：若干个程序段同时在系统中运行，这些程序段的执行在时间上是重叠的，一个程序段的执行尚未结束，另一个程序段的执行已经开始，即使这种重叠是很小的一部分，也称这几个程序段是并发执行的。 表示并发执行的语句 S0； Cobegin S1；S2；…；Sn Coend Sn+1 并发执行的实例——誊写 用卡片输入机尽快地把一个文本复写(誊抄)到行式打印机上。 用f表示读卡机上的记录序列，用g表示经誊抄程序处理后在打印机上的输出序列。 结论 当程序并发执行时，系统处于一个复杂的动态组合状态，各程序执行的相对速度不定，程序员极不容易看到两个同样的结果，且在众多的结果中应该只有一个是正确的答案，而其他则是错误的。 为了保证得到唯一正确的结果，需要实现并发程序执行时的同步。 程序并发执行的特点： 间断性 失去封闭性 不可再现性 程序与计算不再一一对应 两个并发进程共用了一个公共变量N，N＝10 程序A . . N=N+1; . . 程序B . Print(N); N=0; . . 3.1.2进程的定义 进程是可以并行执行的计算部分； 进程是一个独立的可以调度的活动； 进程是一抽象实体，当它执行某个任务时，将要分配和释放各种资源； 行为的规则叫程序，程序在处理机上执行时的活动称为进程； 一个进程是一系列逐一执行的操作 进程的定义 以上进程的定义，尽管各有侧重，但在本质上是相同的。即主要注重进程是一个动态的执行过程这一概念。也可以这样定义进程：一个具有独立功能的程序对某个数据集在处理机上的执行过程，是分配资源的基本单位。 进程与程序 进程是一个动态概念，而程序则是一个静态概念。 程序是指令的有序集合，没有任何执行的含义。而进程则强调执行的过程。 进程具有并行特征，而程序没有。 进程与程序 进程是竞争计算机系统资源的基本单位，从而其并行性受到系统自己的制约。这里，制约就是对进程独立性和异步性的限制。 不同的进程可以包含同一程序，只要该程序所对应的数据集不同。 进程和程序的区别 程序 1)静态 2)永久保存 3)算法描述 4)外存 进程 1)动态 2)生活期 3)独立活动单元 4)内存、资源分配、调度单元 3.1.3进程与作业 区别与关系： 作业是用户向计算机提交任务的任务实体。在用户向计算机提交作业之后，系统将它放入外存中的作业等待队列中等待执行。而进程则是完成用户任务的执行实体，是向系统申请分配资源的基本单位。任一进程，只要它被创建，总有相应的部分存在于内存中。 区别与关系 一个作业可由多个进程组成。且必须至少由一个进程组成。 作业的概念主要用在批处理系统中。而进程的概念则用在几乎所有的多道系统中。 3.2进程的描述 进程的静态描述由三部分组成： 进程控制块PCB 程序段 数据段 进程的描述 3.2.1PCB的内容 3.2.2进程上下文 3.2.1PCB的内容 PCB的内容包含一个进程的描述信息、控制信息及资源信息、 CPU现场保护结构，操作系统根据PCB提供的信息实施对进程的控制与管理。 1.描述信息 进程名或进程标识号 用户名或用户标识号 家族关系 2.控制信息 进程当前状态：进程在活动期间可分为就绪态、执行态和等待状态。 进程优先级：进程优先级是选取进程占有处理机的重要依据。与进程优先级有关的PCB表项有：占有CPU时间；占据内存时间等。 程序开始地址 各种计时信息 通信信息：通信信息用来说明该进程在执行过程中与别的进程所发生的信息交换情况。