操作系统第2章进程管理.ppt

第二章 进程管理 重点 理解进程的含义 理解和掌握同步的概念及经典进程同步问题 ，是本课程的重点之一 难点 会写进程同步问题的算法 知识点 进程、线程、进程的特征、PCB、进程控制、进程状态转换、 进程同步、进程通信 第二章 进程管理 进程的基本概念 进程控制 进程同步 经典进程的同步问题 管程机制 进程通信 线程 进程的基本概念 程序的顺序执行及其特征 前趋图 程序的并发执行及其特征 进程的特征与状态 进程控制块 程序的顺序执行及其特征 两种方式 顺序执行：是单道批处理系统的执行方式，也用于简单的单片机系统 并发执行：现在的操作系统，具有许多新的特征。引入并发执行的目的是为了提高资源利用率 顺序执行的特征 顺序性：按照程序结构所指定的次序（可能有分支或循环） 封闭性：独占全部资源，计算机的状态只由于该程序的控制逻辑所决定 可再现性：初始条件相同则结果相同。如：可通过空指令控制时间关系 程序的顺序执行及其特征 仅当前一操作(程序段)执行完后，才能执行后继操作。例如，在进行计算时，总须先输入用户的程序和数据，然后进行计算，最后才能打印计算结果。 程序的顺序执行及其特征 Ii→Ci→Pi和S1→S2→S3 进程的基本概念 程序的顺序执行及其特征 前趋图 程序的并发执行及其特征 进程的特征与状态 进程控制块 前趋图 前趋图(Precedence Graph)是一个有向无循环图，记为DAG(Directed Acyclic Graph)，用于描述进程之间执行的前后关系。图中的每个结点可用于描述一个程序段或进程，乃至一条语句；结点间的有向边则用于表示两个结点之间存在的偏序(Partial Order)或前趋关系(Precedence Relation)“→” →={(Pi, Pj)|Pi must complete before Pj may start}, 如果(Pi, Pj)∈→,可写成Pi→Pj，称Pi是Pj的直接前趋，而称Pj是Pi的直接后继。在前趋图中，把没有前趋的结点称为初始结点(Initial Node)，把没有后继的结点称为终止结点(Final Node) 前趋图 每个结点还具有一个重量(Weight, 权值)，用于表示该结点所含有的程序量或结点的执行时间 前趋图 对于图(a)所示的前趋图， 存在下述前趋关系 P1→P2, P1→P3, P1→P4, P2→P5, P3→P5, P4→P6, P4→P7, P5→P8, P6→P8, P7→P9, P8→P9 或表示为： P={P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9} →={ (P1, P2), (P1, P3), (P1, P4), (P2, P5), (P3, P5), (P4, P6), (P4, P7), (P5, P8), (P6, P8), (P7, P9), (P8, P9)} 应当注意，前趋图中必须不存在循环，但在图(b)中却有着下述的前趋关系：S2→S3, S3→S2 进程的基本概念 程序的顺序执行及其特征 前趋图 程序的并发执行及其特征 进程的特征与状态 进程控制块 程序的并发执行及其特征 程序的并发执行及其特征 在该例中存在下述前趋关系： Ii→Ci，Ii→Ii+1, Ci→Pi, Ci→Ci+1，Pi→Pi+1 而Ii+1和Ci及Pi-1是重迭的， 亦即在Pi-1和Ci以及Ii+1之间，可以并发执行。 程序的并发执行及其特征 对于具有下述四条语句的程序段 S1: a∶=x+2 S2: b∶=y+4 S3: c∶=a+b S4: d∶=c+b 程序的并发执行及其特征 例如有两个循环程序A和B，它们共享一个变量N 程序A和B以不同的速度运行(失去封闭性，导致不可再现性） N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之前，此时得到的N值分别为n+1, n+1, 0 N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之后，此时得到的N值分别为n, 0, 1 N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之间，此时得到的N值分别为n, n+1, 0 程序的并发执行及其特征 程序的并发执行及其特征 并发执行的特征 间断(异步)性 走走停停，一个程序可能走到中途停下来，失去原有的时序关系； 失去封闭性 共享资源，受其他程序的控制逻辑的影响。如：一个程序写到存储器中的数据可能被另一个程序修改，失去原有的不变特征。 失去可再现性 失去封闭性 －失去可再现性；外界环境在程序的两次执行期间发生变化，失去原有的可重复特征 程序的并发执行及其特征 并发执行失去封闭性的原因是共享资源的影响，去掉