第4章 进程.pptVIP

操作系统概念 第四章：进程 本章主要内容 进程概念 进程调度 进程操作 进程协作 进程间通信 客户机－服务器系统通信 4.1 进程概念 一个操作系统执行一系列的程序 批处理系统 － 作业 分时系统 － 用户程序或任务 在本书中，作业与进程几乎是可以互换的 进程 － 执行中的程序；进程执行必须以一种有序的方式来进行 进程包括： 程序计数器 堆栈 数据段 进程状态 进程在执行时会改变状态，每个进程可能处于下列状态之一 新建 运行 等待 就绪 终止 进程状态转换图 进程控制块（PCB） 每个进程在OS内用进程控制块来表示，它包含与特定进程相关的许多信息 进程状态 程序计数器 CPU寄存器 CPU调度信息 内存管理信息 计帐信息 I/O状态信息 进程控制块示意图 CPU在进程间的切换图 进程调度队列 作业队列 － 包括系统中的所有进程 就绪队列 － 所有驻留在内存中就绪的等待运行的进程列表。 设备队列 － 所有等待I/O设备的进程列表 进程在不同的队列之间移动 就绪队列和各种I/O设备队列 表示进程调度的队列图 调度程序 长期调度程序（或作业调度） － 从作业池中选择进程，并将它们装入内存以执行。 短期调度程序（或CPU调度）－ 从就绪可执行的进程中选择进程，并为其中之一分配CPU。 增加了中期调度的队列图 调度程序（续） 短期调度程序执行频率非常高（毫秒级），?执行效率要非常快 长期调度程序执行得并不频繁（秒，或分为计量单位）?执行过程也许比较慢 长期调度程序控制多道程序设计的程序，即内存中的进程数量 绝大多数进程可以分为 I/O为主的进程 － 在执行I/O方面比执行计算要花费更多的时间 CPU为主的进程 － 很少产生I/O请求，与I/O为主的进程相比将更多的时间用在执行计算上。 上下文切换 将CPU切换到另一进程需要保存原来进程的状态并装入新进程的保存状态。 上下文切换时间是额外开销，因为切换时系统并不能做什么有用的工作。 上下文切换时间与硬件支持密切相关。 4.3 进程操作 － 进程创建 父进程创建子进程，子进程又创建其他进程，从而形成了进程树 三种资源共享方式 父进程与子进程共享所有资源 子进程共享父进程中的部分资源 父进程与子进程不共享任何资源 当进程创建新进程时，有两种执行可能 父进程与子进程并发执行 父进程等待，直到某个或全部子进程执行完毕 进程创建（续） 地址空间 子进程是父进程的复制品 子进程装入另一个程序进来 UNIX例子 fork系统调用创建新的进程 exec系统调用在fork调用后用新程序来取代进程的内存空间 fork另外一个进程的C程序 #include stdio.h void main(int argc, char *argv[]) { int pid; /*fork another process */ pid = fork(); if (pid 0) { fprintf(stderr, “Fork Failed”); exit(-1); } else if (pid == 0) { execlp(“/bin/ls”, “ls”, NULL); } else { wait(NULL); printf(“Child Complete”); exit(0); } } 一个典型的UNIX系统中的进程树 进程终止 当进程完成执行最后的语句并使用系统调用exit请求操作系统删除它时，进程终止。此时 进程可以返回数据到其父进程（通过系统调用wait） 进程资源会被OS所释放 在以下情况下，父进程可以通过abort系统调用终止另一个进程 子进程使用了超过它所分配到的一些资源 分配给子进程的任务已不再需要 父进程退出 级联终止 4.4 进程协作 如果一个进程不能影响或被在系统内执行的其他进程所影响，那么该进程是独立的。 如果一个进程能影响或被在系统内执行的其他进程所影响，那么该进程是协作的。 进程协作的优点 信息共享（Information sharing） 加快计算（Computation speed-up） 模块化（Modularity） 方便（Convenience） 生产－消费者问题 生产者进程产生信息，以供消费者进程消费。 无限缓冲（unbounded buffer） － 对缓冲区大小没有实际限制 有限缓冲（bounded buffer） － 假设缓冲区大小固定 4.5 进程间通信 进程间通信（Interprocess Communication, IPC）是用于进程间通信和行为同步的机制 消息系统 － 允许进程间相互通信而不需要利用共享变量 IPC工具至少提供两个操作 发送（消息） 接收（消息） 如果进程P和Q需要通信，那么他们需要 相互建立通信线路 通过发送/接收来交换消息 通信线路的实现 物理方式