第3章进程管理-全.ppt

第3章 进程管理 进程的概念 进程的描述 进程状态及其转换 进程控制 进程互斥 进程同步 进程通信 死锁问题 线程的概念 3.1 进程的概念 现代操作系统的基本思想：多道程序设计 现代操作系统的重要特征：在保证安全的前提下，程序并发执行、系统所拥有的资源共享和用户随机地使用资源。这三个特点是互相联系和互相依赖的 操作系统的目的：充分、有效地利用系统资源 问题：采用一个什么样的概念来描述计算机程序的执行过程和作为资源分配的基本单位才能充分反映操作系统这些特点，这个概念就是进程 3.1 进程的概念 3.3.1 程序的并发执行 1.程序 用来描述计算机所要完成的独立功能，并在时间上严格地按前后次序相续地进行计算机操作的序列集合 即程序是指令（或语句）的集合，指令之间是顺序关系（体现了计算机操作的顺序步骤），是一个静态的概念 3.3.1 程序的并发执行 2.程序的顺序执行 程序的执行方式：顺序执行和并发执行 计算机CPU是通过时序脉冲来控制顺序执行指令的。其执行过程可描述为： 3.3.1 程序的并发执行 2.程序的顺序执行 程序的顺序性与计算机硬件的顺序性是一致的 程序的顺序执行：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 例如，n个作业的执行，假定用 I、 C和 P分别表示输入、计算和输出操作 3.3.1 程序的并发执行 前驱图的定义 前驱图（Procedence Graph）：是一个有向无环图，是用来反映和研究系统内所发生事件之间的一种关系 →＝{(pi，pj) | pi 必须在pj 开始之前完成 } 如果(pi，pj) ∈→ ，可写成pi → pj ，称pi是pj 的前驱，而pj是pi的直接后继。没有前驱的结点为初始结点，没有后继的结点为终止结点 3.3.1 程序的并发执行 2.程序的顺序执行 考虑时间上关系，可以如下所示： 3.3.1 程序的并发执行 程序的顺序执行具有以下特点： 顺序性：顺序执行过程可看作一系列严格按程序规定的状态转移过程 封闭性：程序执行得到的最终结果由给定的初始条件决定，不受外界因素的影响 可再现性：只要输入的初始条件相同，则无论何时重复执行该程序都会得到相同的结果 3.3.1 程序的并发执行 3.多道程序系统中程序执行环境的变化 在多道程序系统中，计算机能够同时处理多个具有独立功能的程序。这样的执行环境具有如下 3 个特点： 独立性：每道程序都是逻辑上独立的 随机性：多道程序环境下，特别是多用户环境下，程序和数据输入与执行开始时间都是随机的 资源共享：资源共享将导致对程序执行速度的制约。外设有限将导致这些设备被共享、内存有限将导致内存被共享等。对单CPU系统更如此 3.3.1 程序的并发执行 在图1中，对于任意程序，存在着 Ii→Ci→Pi 这样的前驱关系，因而对一个用户程序的输入、计算和打印这三个操作，必须顺序执行 3.3.1 程序的并发执行 但在多道环境下，并不存在，或并不要求Pi→Ii+1 关系，即Ii 、 Cj 和 Pk（i≠j≠k）之间并不存在前后关系，因而在对一批程序处理时，可使它们并发执行。这就产生了并发操作，如图2 所示 3.3.1 程序的并发执行 4.程序的并发执行 （1）什么是程序的并发执行 并发性是增强计算机系统的处理能力和提高资源利用率所采取的一种技术。程序的并发执行通过前面的分析可分为两种： 多道程序系统的程序执行环境变化所引起的多道程序的并发执行。多道程序并发执行在宏观上是同时进行的，但在微观上仍是顺序执行的。 并发执行是在某道程序的几个程序段中，包含着一部分可以同时执行或顺序颠倒执行的代码。 3.3.1 程序的并发执行 4.程序的并发执行 程序的并发执行：一组在逻辑上互相独立的程序或程序段在执行过程中，其执行时间在客观上互相重叠，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。 并发执行实例——誊抄1.一个循环程序顺序执行的誊抄 算法1：输入——f 输出——g begin while (f 不为空） do input ; output ; od end 由这个程序完成誊抄工作是不会出错的。 2.两个程序并发执行完成誊抄 设有一台标准输入设备（键盘），和一台标准输出设备（显示器或打印机），输入程序负责从标准设备中读取一个字符，送缓冲区中。输出程序从缓冲区中取数据，送标准设备输出。 2.两个程序并发执行完成誊抄 算法2 begin cobegin while (不为结束符）/* 输入程序段 */ do input; /* 从标准输入设备读入一个数据 */ send; /