进程和线程的描述与控制.pptVIP

操作系统原理 第三章 进程和线程的描述与控制 本章教学目标 了解引入进程的原因，进程控制的方法，线程和管程的概念； 熟悉进程状态及变迁，进程的结构描述和组织方式 ； 掌握进程定义和特征 ； 掌握线程定义和特征。 学习重点、难点 进程定义和特征 进程状态及变迁 进程控制块及其组织 线程与进程的联系和区别 本章教学内容 3.1 进程的引入 3.2 进程的概念 3.3 进程控制 3.4 线程 3.1 进程的引入 所有现代的计算机都具有通道技术和中断技术，都能同时做几件事情。当一个用户程序正在运行时，计算机还能同时读盘，并向打印机或屏幕输出正文。在一个单CPU的多道程序系统中，CPU由这道程序向那道程序切换，使每道程序运行几十或几百毫秒。显然，在系统中运行的用户程序是走走停停的，当CPU分配给它时就能运行，否则它只能停下来。为了刻划系统内部出现的情况，描述系统内部各道程序的活动规律而引入进程这一概念。进程是理解和研究现代操作系统的一种观点。为了更好地阐明进程概念，我们首先从程序的顺序执行到并发执行的转变过程讲起。 3.1.1程序的顺序执行 大家习惯使用的程序设计方法就是传统的顺序程序设计法，程序中的语句按其内部的逻辑结构顺序地被执行。 单CPU的计算机的工作方式是顺序处理的：处理机逐条地一次只执行一条指令；主存储器一次只能访问一个字或一个字节。 把一个具有独立功能的程序独占处理机运行，直至得到最终结果的过程称为程序的顺序执行。 例如，用户要求计算机完成一道程序的运行时，通常先输入用户的程序和数据，然后运行程序进行计算，最后将结果打印出来。我们用圆结点表示各程序段的操作，其中I表示输入，C表示计算，P表示打印，用箭头指明操作间的先后次序。计算机处理完一道程序后再处理下一道程序。图3.1描述了二道程序在单CPU系统中先后被顺序执行。 程序顺序执行时的特征 (1)顺序性：因为一个程序独占处理机，所以该程序的各部分的执行，能够严格地按程序所确定的逻辑次序顺序地执行。 (2)封闭性：因为程序运行时独占全部系统资源，程序在封闭的环境下运行，资源的状态除初始状态外，只有该程序才能改变它，所以程序一旦开始运行，其执行结果不受外界因素的影响。 (3)可再现性：只要程序执行时的环境和初始条件相同，当程序多次执行时，不论它的运行方式如何，是从头到尾连续执行呢，还是“走走停停”地执行，都将获得相同的结果。 单道程序系统不利于系统资源的充分利用，但它却使该道程序具有程序顺序执行时的三大特性，这为程序员检测和改正程序中的错误时，带来很大方便。 多道程序的并发执行 现代计算机为了提高计算机的运行速度和系统处理能力，在总体设计和逻辑设计中采用并行操作技术，使多种硬件设备能并行工作。例如，系统引入通道和中断技术后，通道能执行通道指令独立地控制外部设备操作，从而使CPU与通道以及外部设备间均能并行地工作。硬件的并行操作技术为程序的并发执行提供了物质基础。在多道程序操作系统(多道批处理操作系统，分时操作系统，单用户多任务操作系统等)支持下，不但在多机系统中它可同时执行多个不同的程序，即使是在单机系统中，从逻辑上或宏观上看，多个程序也能并行运行。图3.2描述了多道程序均包括输入、计算、打印三部分操作时并发处理的过程。 其中，每道程序均保持原程序逻辑顺序Ii→Ci→Pi，从图中可看到Ii+1和Ci以及Pi-1可以并发执行。 多道程序的并发执行大大地提高系统的处理能力，改善了系统资源的利用效率。 程序并发执行时的特征 (1) 间断性 并发执行中的程序可能与其他程序竞争资源未获得而阻塞，也可能运行时由于一个时间片用完而中断，放弃处理机，使自己无法继续运行下去，但是当别的程序释放资源，使它能获得申请的资源并再次被调度选中时，它又能继续运行下去。这就是并发执行的程序具有“执行——暂停——执行”的活动规律，而且什么时候能执行，什么时候暂停，不能完全由程序自身决定。 (2) 失去封闭性 程序在并发执行时，多个程序共享系统中的所有资源，因此这些资源的使用状态将由多个程序改变，使程序运行失去了封闭性，使得某程序在执行时必然受到其他程序直接或间接的制约而影响。例如，当系统中的处理机被某程序占用时，其他程序必须等待。 (3) 不可再现性 由于程序的并发执行，打破了由某一道程序独占系统资源时的封闭性，也必将导致失去程序执行的可再现性。让我们来看一个简单但又能容易说明问题的例子。程序A和程序B是两个循环程序，它们共享一个变量N。程序A每执行一次循环都将变量N加1操作，程序B每隔一定时间打印共享变量N中的值，然后将N清成0。 并发程序用类C语言描述。用cobegin和coend将并发执行的函数括起来。下面是两个并发执行的程序A、B描述如下： int n=0;