【操作系统课件】进程的实现与描述.pptVIP

第二章 进程管理 进程的实现 进程同步控制 进程通信 调度 死锁 执行轨迹 对于一个被执行的程序，从处理器的角度看，它在指令序列中按某种顺序执行指令，这个顺序根据程序计数器[PC]寄存器中不断变化的值来指示，我们把由这样的值构成的序列称为执行轨迹 程序的执行轨迹 处理器的执行轨迹 并发程序环境中CPU的执行轨迹 2.1 进程的基本概念 进程是程序在一个数据集合上运行的过程，是资源分配和调度的基本单位 进程是为了对并发执行的程序加以描述和控制而提出的。 程序和顺序计算 顺序计算的特征： 顺序性：每一个操作必须在下一个操作开始之前结束。 封闭性：程序运行时独占计算机资源。 可再现性：只要程序执行时的环境和初始条件相同，无论其如何执行，都将获得相同的结果。 程序的执行轨迹－前趋图（AOV网）图中的每一个结点描述一个程序段或进程，乃至一条语句；结点间的有向边用于表示两个结点之间存在的偏序关系（或前趋关系） 程序运行的环境－虚拟机：进程是程序执行的虚拟机框架 进程的结构 进程用于描述程序的执行过程，由以下几个部分构成： 可执行的二进制程序 程序执行需要的数据 程序执行请求的资源 进程映象－进程地址空间 描述进程－PCB：进程控制块 PCB是系统用于描述进程的数据结构。PCB记录了操作系统所需的、用于描述进程的当前情况以及控制进程运行的全部信息。 OS根据PCB对并发执行的进程进行控制和管理PCB的作用是使一个在多道程序环境下不能独立运行的程序（含数据），成为一个能独立运行的基本单位，一个能与其他进程并发执行的进程。 进程控制块中的典型元素 进程标识 进程标识号[PID] 创建这个进程的进程（父进程）标识号 用户标识号[UID] 处理器状态信息 用户可见寄存器 控制和状态寄存器 进程控制信息 调度和状态信息 资源所有权和使用信息 其他 进程的状态 分时与多道程序设计技术 “正在运行的”和“正在休息的”程序 进程的三种基本状态 就绪（Ready）进程已获得除CPU以外的运行所需的资源。 执行（Running）正在执行的程序 阻塞（Blocked）由于发生某种事件暂时无法执行的进程 进程的状态－状态转换图 进程管理器的任务 进程管理器使用底层硬件来负责实现进程和资源抽象。 进程的创建和终止－创建进程抽象 进程同步（包括进程通信） 资源分配 资源保护 与设备管理器合作来实现进程的I/O请求 实现进程地址空间（为进程映像分配存储空间） 其它…… 进程控制 进程控制是进程管理中最基本的功能。它用于创建一个新进程，终止一个已完成的进程，或终止一个因出现某事件而使其无法运行下去的进程（阻塞进程），还可负责进程运行中的状态转换。 进程切换：中断允许操作系统在任意时刻从当前正在运行的进程中获得控制权，并将其它的进程转为运行状态。 进程的层次结构 线程的基本概念 经典进程模型与现代进程模型经典进程向现代进程模型发展的一个动机是：创建一个简单的操作系统抽象，使得有多个对象能够执行同一个程序，它们使用相同的文件和设备。 线程：进程中用于跟踪代码执行的部分（状态和堆栈）。 线程是不携带数据和资源的进程。 如果说进程实现了对硬件资源的时分复用，那么线程实现的是对进程资源的时分复用。 * * 进程 管理器 中断 处理程序 P1 P2 P3 进程调度器 进程B 进程A 代码 数据 资源 代码 数据 资源 地址映射 物理存储器空间（程序和数据） 其他存储映射资源 文件 进程地址空间 虚拟机 虚拟机 虚拟机 虚拟机 …… 应用程序 应用程序 应用程序 应用程序 …… 进 程 进 程 进 程 进 程 进程管理器模型 进程C的状态 进程B的状态 进程A的状态 进程体 进程体 进程体 进程C（休息） 进程B（休息） 进程A（运行） running request done schedule start activate Ready Blocked request 进程管理器使用状态转换图来确定提供给进程的服务类型。即状态转换图描述了进程管理器的行为和策略 进程的创建隐式地定义了进程的层次结构。在这样的层次结构里，所有的进程都是由初始进程创建的，因此，初始进程可以实施进程管理器的行为：即为每个进程分配资源、阻塞/激活进程、结束每个子进程等。 我们将程序的运行称为进程 利用系统调用实现的多任务并发和我们在实际操作中感受到的多任务处理有很大的差异，但对我们而言，只不过是一个是以交互的方式实现（后者），而另一个则是以非交互的方式完成的。 进程管理器使用状态转换图来确定提供给进程的服务类型。