第二章多任务和多线程.pptVIP

第二章多任务和多线程第1页，共31页，星期日，2025年，2月5日1.程序的顺序执行所具有的特点:

顺序性

当程序在处理机上运行时,处理机严格的按照顺序执行程序的规定动作

封闭性

一个程序在执行时独占资源,除了开始状态外,只有程序本身规定的动作才能改变资源的状态.

可再现性

程序执行的结果与执行速度无关

第2页，共31页，星期日，2025年，2月5日2.多道程序设计技术

程序的并发执行

在任一时刻,系统中不再只有一个活动,而且还存在着并行的活动.从硬件方面看,处理机,各种外设,存储部件常常是并行的工作;从程序活动来看则可能有若干作业程序或者同时或者相互穿插的在系统中被执行.

资源共享

这是现代操作系统的另一特性.指系统中的硬件资源和软件资源不再为单个用户程序所独占,而由几个用户程序共同占有.

总之,程序的并发执行和资源共享是相互依存的.第3页，共31页，星期日，2025年，2月5日3.程序并发执行的特点

失去了程序的封闭性

在任何时刻,程序的执行结果不一致

程序和机器执行的活动不再一一对应

程序:指令的有序集合——静态概念

机器执行程序的活动:指令序列在处理机上的执行活动,通常称之为计算.——动态概念

【注】在顺序执行的程序中,二者一一对应.

并发程序间的相互制约

主要表现在,一个正在执行的程序需要另一个程序执行的结果的情况.第4页，共31页，星期日，2025年，2月5日4.进程

在多道程序下,程序的并发执行代替了程序的顺序执行.程序活动不再处于一个封闭系统,而出现了许多新的特征,即独立性,并发性,动态性以及它们之间的相互制约性.

20世纪60年代中期MULTCS系统的设计者和以E.W.Dijkson为首的The系统的设计者开始广泛的使用进程这一概念来描述系统和用户的程序的活动.

对于进程,目前尚无一个非常确切的概念,为了强调进程的并发性和动态性,我们定义进程为:

进程是程序的一次执行,该程序可与其他程序并发执行.第5页，共31页，星期日，2025年，2月5日注：THE系统是1968年由E.W.Dijkstra和他的学生在荷兰的艾恩德霍文技术学院(TechnischeHogeschoolEindhoven)开发的.此系统中第一次提出了操作系统的层次式结构设计方法.该系统是运行在荷兰的ElectrologicaX8计算机上的一个简单批处理系统，其内存只有32K，每字27位,系统共分6个层次。处理器分配在第0层中进行，在中断发生或定时器到期时，由该层进行切换。在第0层之上，系统由一些连续的进程组成，编写这些进程时不用再考虑在单处理机上多个进程运行的细节。换句话说，第0层中提供了基本的CPU多道程序设计。存储管理在第1层中进行，它为进程分配主存空间，在主存用完时则在一个512K的磁鼓上保留进程的一部分(页面）。第1层上，进程不用考虑它是在磁鼓上还是在主存中运行；第1层软件保证一旦需要访问某一页面时，该页面必定已在内存中。第2层处理进程与操作员控制台之间的通信。在第2层上，可以认为每个进程都有自己的操作员控制台。第3层管理I/O设备和缓存相关的信息流。第3层上，每个进程都与有良好特性的抽象I/O设备打交道，而不必考虑外部设备的物理细节。第4层是用户层。用户进程不用考虑进程，内存，控制台或I/O设备等细节。系统操作员进程位于第5层中。

第6页，共31页，星期日，2025年，2月5日4.1进程的表示

组成:

程序:描述了进程所要完成的功能

数据集合:包括程序在执行时所需要的数据和工作区

进程控制块(PCB):包含了进程的描述信息和控制信息,是动态特性的集中反映

PCB

程序

数据

PCB

程序

数据

共享

程序段

第7页，共31页，星期日，2025年，2月5日4.2进程的基本调度状态

运行状态:进程已获得必要的资源,并占有处理机,处理机正在执行该线程.

就绪状态:已具备了运行条件等待处理机.

阻塞状态:进程在运行过程中,应等待某一时间而暂时不能运行的状态.

状态转换关系如下图所示:

调度时间片I/O

用完请求

I/O完成

运行

就绪

阻塞

第8页，共31页，星期日，2025年，2月5日4.3常用的进程调度算法

静态优先级法

系统在调度进程时,按事先指定的优先级从高到低进行选择

动态优先级

按照变化情况对各个进程的优先级进行适当的调整

时间片轮转

系统把所有的就绪进程按FCFS(FirstComeFirstSever)规则排成一个队列,首先将处理机分配给队列中的第一个进程,并规定执行一定的时间,该时间称为时间片.当该进程用完这一时间片时,系统将它送至就绪队列的所有进程,又把处理机分配给下一进程,再执行同样大小的时间片.这样,就绪队列中的所有进程,就可以依次