[教育学]第2章 进程与线程.ppt

第2章 进程与线程 内容提要 本章首先阐述了程序的并发执行及进程的概念，进程的状态及其转换，然后介绍了线程的概念及其实现，最后对处理机调度作了详细的介绍。 教学目标 1．理解和掌握进程的概念、状态变化。 2．理解并掌握线程的概念、线程与进程的关系以及线程的实现。 3．了解处理机调度的层次，掌握进程调度算法。 第2章 进程与线程 为了描述程序在并发执行时对系统资源的共享,我们需要一个描述程序执行时动态特征的概念,这就是进程。在本节中,我们将讨论进程概念、进程的状态转换和进程控制。 第2章 进程与线程 2.1 进程概述 如果考虑两个程序，它们在同一时间度量下同时运行在不同的处理机上，则称这两个程序是并行执行的。 如果在某一指定的时间t，无论a1和a2是在同一处理机上还是在不同的处理机上执行，只要a1和a2都处在各自的起点和终点之间的某一处，则称a1和a2是并发执行的。能够参与并发执行的程序称为并发程序。引入程序并发执行是为了充分利用系统资源,提高计算机的处理能力。 2.1 进程概述 2.1.1 程序与计算 程序是指令的有序集合，是静态的概念； 计算是指令序列在CPU上的执行过程，是动态的概念。 显然用程序无法描述程序的执行的过程。 在多道程序设计中，为了提高处理机的利用率，往往在内存中存放多道程序，如图2-1所示。 2.1 进程概述 2.1.1 程序与计算 问题1. 不同程序间如何切换？ 问题2. 从宏观上来看三道程序如何运行？从微观上来看呢？ 问题3. 当几道程序有共享某一资源，比如说某一内存单元，能保证每次运行程序，使所得结果都一样吗？ 2.1 进程概述 2.1.1 程序与计算 举例说明：假如系统中有A与B两道程序，共享一个变量N。当程序顺序运行时，输出结果为 A=5 B=5 当并发执行时，输出结果？ int N=1; program A: program B: { { while(N5) N=N+1； while(N5) N=N+1； printf(“A=%d”,N) printf(“B=%d”,N); } } 2.1 进程概述 2.1.2 进程的定义 进程这个概念是为了描述系统中各并发活动而引入的。 最早使用进程(process)概念进行操作系统设计的是美国的麻省理工学院在MULTICS系统和IBM公司的CTSS/360系统上实现的，只是IBM/360使用了另一个术语——任务(task)，但两者的实际含义是相同的。 进程=任务 2.1 进程概述 2.1.2 进程的定义 “进程”是操作系统的最基本、最重要的概念之一，它对理解、描述和设计操作系统都具有非常重要的意义。但迄今为止对这一概念还没有一个确切的统一的描述。 进程是具有一定独立功能的程序关于某个数据集合上的一次运行活动，进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。 2.1 进程概述 2.1.3 进程与程序的联系和区别 举例：厨师按菜谱来做菜，菜谱说明了做菜的各道工序，它是一个静态的工序，相当于程序。而厨师按菜谱描述的工序加工菜的过程是动态的，菜装盘以后便宣告菜的加工结束，但菜谱依然存在。 我们把程序看成是一个菜谱,而进程则是按照菜谱进行烹调的过程。 2.1 进程概述 2.1.3 进程与程序的联系和区别 程序是完成某个特定功能的指令的有序序列，是一个静态的概念； 进程是程序的一次执行，是一个动态的概念，进程是有生命期的，表现在它由创建而产生，完成任务后被撤消。 程序可以作为一种软件资源长期保存。 进程是把程序作为它的运行实体，没有程序，也就没有进程。 2.1 进程概述 2.1.3 进程与程序的联系和区别 进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。以多用户进程共享一个编译程序为例，为多个用户执行编译时，显然CPU的分配是以进程为单位，而不是以程序为单位。因为主存只有一个编译程序，但几个用户的源程序都得到编译。 进程是可以并发执行。 2.1 进程概述 2.1.3 进程与程序的联系和区别 进程间的相互制约，使进程执行具有间隙--异步性。 进程是具有结构的。为了描述进程的运行变化过程，系统为每个进程建立一个结构——进程控制块。从结构上看，进程是由程序、数据