计算机操作系统第二讲

2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系1第三章进程管理教学目的掌握进程的控制区分程序的顺序执行与并发执行掌握进程的定义掌握进程的PCB掌握进程的状态转换2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系2第三章进程管理教学内容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2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系3第三章进程管理程序的执行程序（Program）用来描述计算机所需完成的独立功能，并在时间上严格地按前后次序相继地进行计算机操作序列集合。2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系4第三章进程管理程序的顺序执行是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。特点顺序性封闭性可再现性2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系5第三章进程管理程序的并发（Concurrent）执行引入的原因提高资源利用率增强计算机系统的处理能力2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系6第三章进程管理并发的分类多道程序系统的并发执行程序在逻辑上具有独立性，而程序与数据的输入以及开始执行时间的随机性，要求同时执行。同道程序中的并发执行同一道程序中的部分语句或程序段可以同时执行或颠倒执行，不改变程序的逻辑性。2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系7第三章进程管理并发执行的总结一组在逻辑上相互独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在客观上相互重叠，即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的这种执行方式。并发与并行的区别并行是指一组程序按独立的、异步的速度执行。2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系8第三章进程管理并发执行产生的影响失去封闭性不可再现性举例proceduregetaddr(top)beginlocalrr-(top)top-top-1returnrendprocedurereladdr(blk)begintop-top+1(top)-blkend2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系9第三章进程管理并发执行的一种结果2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系10第三章进程管理进程的定义各种定义定义1：进程是可以并发执行的计算部分。——S.E.Madnick,J.T.Donovan定义2：进程是一个可以独立调度的活动。——E.Cohen,D.Jofferson2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系11第三章进程管理定义3：进程是一个抽象实体，当它执行某个任务时，将要分配和释放各种资源。——P.Denning定义4：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。——E.W.Dijkstra定义5：一个进程是系列逐一执行的操作，而操作的含义则有赖于以何种详尽程度来描述进程。——BrinchHansen2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系12第三章进程管理本书的定义并发执行的程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位。进程与程序的区别进程是动态的进程具有并发特征进程是分配和管理资源的单位进程和程序不是一一对应的关系2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系13第三章进程管理进程的描述进程的组成进程进程控制块PCB程序段数据结构集2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系14第三章进程管理进程控制块PCB进程控制块PCB是系统感知进程存在的唯一实体。包含了有关进程的描述信息、控制信息、资源信息和CPU现场保护结构，是进程动态特征的集中反映。PCB随着进程的创建而创建，随着进程的调度而执行，随着进程的撤消而消亡。2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系15第三章进程管理描述信息进程名或进程标示号用户名或用户标示号家族关系控制信息进程状态进程优先级程序开始地址计时信息通信信息2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系16第三章进程管理资源管理信息内存使用的信息对换或覆盖的信息共享内存的信息输入/输出设备的使用信息文件系统的使用信息CPU现场保护结构通用RPCPSW用户栈指针2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系17PCB的组织方式第三章进程管理队列结构、表格形式和树型结构。队列管理方式处于同一状态的所有PCB链接在一起的数据结构称为进程队列(ProcessQueues)。2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系18第三章进程管理2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系19第三章进程管理表格法组织PCB把相同状态进程的PCB组织在一个线性表中,系统有多个线性表,这样可缩短查表时间。方式1所有进程的PCB都组织在一个线性表中,进程调度时需要查找整个PCB表。方式22020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系20第三章进程管理整个PCB表多个PCB表2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系21树形结构组织PCB第三章进程管理由于进程可以创建新进程，会形成父进程－子进程的家族关系，从而构成树形结构。2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系22第三章进程管理进程上下文是一个抽象的概念，包含了每个进程执行过程中在指令寄存器、堆栈、状态寄存器等中的指令和数据（执行过的、执行时的以及待执行的）。进程上下文结构2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系23第三章进程管理UnixSystemV的进程上下文组成2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系24第三章进程管理进程上下文切换涉及3个不同进程2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系25第三章进程管理进程空间与大小进程空间（虚空间）每个进程拥有的一维或多维的地址空间。进程空间的大小与处理机的位数有关。n位处理机的进程空间为2n。UNIX/LINUX进程空间2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系26第三章进程管理进程状态及其转换进程状态为了更好的管理并发系统中的进程。初始态进程还在创建过程中，还不能运行。这时，操作系统要建立PCB、建立资源表、分配资源、建立地址空间表。2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系27第三章进程管理就绪状态(Ready)一旦获得系统分配的处理器便可投入运行的进程状态。执行状态(Running)获得处理机的使用权，在处理机上运行。等待状态(Blocked)等待某个事件的发生（I/O完成）。2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系28第三章进程管理终止状态（Exit)进程运行结束，系统回收所占用资源。进程状态转换2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系29第三章进程管理运行状态→等待状态等待使用资源或某事件发生；初始状态→就绪状态进程创建后，得到了除CPU之外的全部资源；等待状态→就绪状态资源得到满足或事件发生2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系30第三章进程管理运行状态→就绪状态运行时间片到；出现有更高优先权进程。就绪状态→运行状态CPU空闲时选择一个就绪进程。执行状态→终止状态执行结束。2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系31第三章进程管理进程控制系统使用一些具有特定功能的程序段来创建、撤销进程以及完成进程各个状态间的转换，从而达到进程间的并发执行与资源共享的目的。原语执行过程是不允许中断的。是系统态下执行的某些具有特定功能的程序段。2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系32第三章进程管理原语的分类机器指令级原语执行期间不允许中断，它是一个不可分割的基本单位。功能级原语原语程序段不允许并发执行。2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系33第三章进程管理创建原语为进程申请一个进程控制块PCB,并填写PCB中相应信息项的过程（分配资源）。创建的方式系统统一创建父进程创建2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系34第三章进程管理创建过程2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系35第三章进程管理撤消原语系统释放进程所占有的各种资源和PCB结构本身。引起进程撤销的事件正常终止异常结束父进程要求2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系36第三章进程管理撤消过程2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系37第三章进程管理阻塞原语一个进程期待某一事件（键盘输入数据、写盘等）发生，但发生条件尚不具备时，被该进程自己调用来阻塞自己。2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系38第三章进程管理阻塞过程2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系39第三章进程管理当等待队列中的进程所等待的事件发生时，等待该事件的所有进程都将被唤醒。唤醒原语唤醒的方式系统进程唤醒事件发生进程唤醒2020年2月21日星期五3时33分1秒内蒙古工业大学计算机系40第三章进程管理唤醒的过程