操作系统第二章

1、第二章第二章 处理机的管理处理机的管理进程管理进程管理2.1 2.1 前趋图和程序执行前趋图和程序执行2.2 2.2 进程的描述进程的描述 2.3 2.3 进程控制进程控制2.4 2.4 线程的基本概念线程的基本概念1 1、前趋图的定义、前趋图的定义2.1.1 2.1.1 前趋图的定义前趋图的定义 前趋图：有向无环图。前趋图：有向无环图。 结点：表示操作、语句、程序段或进程。结点：表示操作、语句、程序段或进程。 边：操作之间的关系，偏序或前趋关系。边：操作之间的关系，偏序或前趋关系。2.12.1前前趋趋图图和和程程序序执执行行2 2、例：、例：注：前趋图中必须不存在循环注：前趋图中必须不存在循

2、环2.1.2 2.1.2 顺序程序设计及其执行顺序程序设计及其执行2.12.1前前趋趋图图和和程程序序执执行行1 1、执行情况：与操作的静态描述一致、执行情况：与操作的静态描述一致例：例：2 2、特征：、特征：顺序性顺序性封闭性封闭性可再现性可再现性1 1、执行情况：与操作的静态描述、执行情况：与操作的静态描述不一定一致不一定一致2.1.3 2.1.3 并发程序设计及其执行并发程序设计及其执行2.12.1前前趋趋图图和和程程序序执执行行例：例：程序段程序段 多道程序环境下程序的并发执行多道程序环境下程序的并发执行2 2、特征：、特征：间断性间断性失去封闭性失去封闭性不可再现性不可再现性3 3、

3、程序并发执行的条件、程序并发执行的条件2.1.3 2.1.3 并发程序设计及其执行并发程序设计及其执行2.12.1前前趋趋图图和和程程序序执执行行引入引入P Pi i R(PR(Pi i) )：程序：程序P Pi i在执行期间所需在执行期间所需参考参考的所有变量的集合的所有变量的集合- -读集读集W(PW(Pi i) )：程序：程序P Pi i在执行期间所需在执行期间所需改变改变的所有变量的集合的所有变量的集合- -写集写集则则P Pi i与与P Pj j能并发执行的条件能并发执行的条件: : R(P R(Pi i) ) W(P W(Pj j)= R(P)= R(Pj j) ) W(P W(P

4、i i)= W(P)= W(Pi i) ) W(P W(Pj j)=)=亦即：亦即： R(PR(Pi i) ) W(P W(Pj j)R(Pj) W(Pi)R(Pj) W(Pi)W(Pi) W(Pj)W(Pi) W(Pj)= = 若两个程序能满足上述条件，它们便能并发执行，且具有若两个程序能满足上述条件，它们便能并发执行，且具有可再现性。该条件又称为可再现性。该条件又称为BernsteinBernstein条件。条件。 一、引入：一、引入：为描述为描述并发并发下程序的执行情况下程序的执行情况2.2.1 2.2.1 进程的定义和特征进程的定义和特征2.22.2进进程程的的描描述述二、定义：二、定

5、义：进程是程序的一次执行过程，是系统进行进程是程序的一次执行过程，是系统进行 资源分配和处理机调度的一个独立单位。资源分配和处理机调度的一个独立单位。三、特征：三、特征：动态性动态性并发性并发性独立性独立性异步性异步性结构特性：进程结构特性：进程= =程序段程序段+ +数据段数据段+ +PCBPCB四、进程和程序的区别与联系四、进程和程序的区别与联系2.2.1 2.2.1 进程的定义和特征进程的定义和特征2.22.2进进程程的的描描述述进程是一个进程是一个动态动态的概念；程序是一个的概念；程序是一个静态静态的概念；的概念； 进程具有进程具有并发性并发性，而程序没有；，而程序没有；进程是资源分配

6、和处理机调度的独立单位，其并进程是资源分配和处理机调度的独立单位，其并 发性受系统制约；发性受系统制约；一个程序，多次执行，对应多个进程；不同一个程序，多次执行，对应多个进程；不同 的进程可以包含同一程序。的进程可以包含同一程序。一、进程的三种基本状态一、进程的三种基本状态2.2.2 2.2.2 进程状态及其演变进程状态及其演变2.22.2进进程程的的描描述述1 1、就绪状态、就绪状态(ready):(ready):等处理机等处理机2 2、执行状态、执行状态(running):(running):用处理机用处理机3 3、阻塞状态、阻塞状态(blocked):(blocked):等事件等事件二、

7、基本状态演变图二、基本状态演变图2.2.2 2.2.2 进程状态及其演变进程状态及其演变2.22.2进进程程的的描描述述创建创建运行运行就绪就绪阻塞阻塞时间片完时间片完调度调度事件发生事件发生(I/O(I/O完成完成) )等事件等事件(I/O(I/O请求请求) )完成完成撤消撤消三、具有三、具有挂起挂起操作的进程状态演变图操作的进程状态演变图2.2.2 2.2.2 进程状态及其演变进程状态及其演变2.22.2进进程程的的描描述述1 1、引入、引入 系统负荷调节系统负荷调节 终端用户的需要终端用户的需要 操作系统的需要操作系统的需要 对换的需要对换的需要2 2、挂起：、挂起： 所谓所谓“挂起挂起

8、”，就是使正在，就是使正在活动活动的进程（或执行、的进程（或执行、或就绪、或阻塞）处于或就绪、或阻塞）处于静止静止状态，此时系统状态，此时系统回收回收被这被这些进程占用的些进程占用的内存内存资源。资源。三、具有三、具有挂起挂起操作的进程状态演变图操作的进程状态演变图2.2.22.2.2 进进程程状状态态及及其其演演变变3 3、具有挂起操作的进程状态演变图、具有挂起操作的进程状态演变图活动就绪活动阻塞静止阻塞时间片用完调度事件发生事件发生等待事件挂起激活挂起激活创建挂起活动静止运行静止就绪(内存)(外存)一、一、PCBPCB的作用的作用2.2.3 2.2.3 进程控制块进程控制块PCBPCB2.

9、22.2进进程程的的描描述述1 1、OSOS根据根据PCBPCB来对并发执行的进程进行控制和管理来对并发执行的进程进行控制和管理2 2、PCBPCB是进程存在的唯一标志是进程存在的唯一标志 从从PCBPCB在进程的生命周期中起的作用了解在进程的生命周期中起的作用了解3 3、PCBPCB应常驻内存应常驻内存二、二、PCBPCB中的信息中的信息2.2.3 2.2.3 进程控制块进程控制块PCBPCB2.22.2进进程程的的描描述述三、三、PCBPCB的组织方式的组织方式1 1、链接方式、链接方式2 2、索引方式、索引方式2.2.3 2.2.3 进程控制块进程控制块PCBPCB2.22.2进进程程的

10、的描描述述三、三、PCBPCB的组织方式的组织方式PCB14PCB2PCB3PCB4PCB5PCB6PCB7PCB8PCB93087901执行指针就绪队列指针阻塞队列指针空闲队列指针PCBPCB链接队列示意图链接队列示意图 2.2.3 2.2.3 进程控制块进程控制块PCBPCB2.22.2进进程程的的描描述述执行指针就绪索引表PCB1PCB2PCB3PCB4PCB5PCB6PCB7阻塞索引表就绪表指针阻塞表指针按索引方式组织按索引方式组织PCB PCB 三、三、PCBPCB的组织方式的组织方式2.3 2.3 进程控制进程控制进程控制进程控制 所谓进程控制，就是对系统中所有进程的所谓进程控制，

11、就是对系统中所有进程的生命历生命历程程实施控制。也即：进程控制是管理进程生灭及状态实施控制。也即：进程控制是管理进程生灭及状态转换的转换的程序的集合程序的集合。进程控制是进程控制是OSOS内核内核实现的。实现的。2.32.3进进程程控控制制2.3.1 2.3.1 内核内核一、操作系统的层次结构一、操作系统的层次结构1 1、引入：、引入：方便设计与维护，将操作系统分为不同层次，方便设计与维护，将操作系统分为不同层次， 将操作系统的功能设置在不同的层次中。将操作系统的功能设置在不同的层次中。2 2、原则：、原则：按调用关系分层，只有外层能调用内层；按调用关系分层，只有外层能调用内层；与硬件关系密切

12、的放在最里层；例如进程调度；与硬件关系密切的放在最里层；例如进程调度；与用户关系密切的放在最外层；与用户关系密切的放在最外层；2.32.3进进程程控控制制2.3.1 2.3.1 内核内核二、内核：二、内核：在层次结构中最里层的程序模块集合。在层次结构中最里层的程序模块集合。即：内核是计算机硬件的第一层扩充软件即：内核是计算机硬件的第一层扩充软件三、内核的基本功能三、内核的基本功能1 1、资源管理功能、资源管理功能 进程管理、存储器管理、设备管理进程管理、存储器管理、设备管理2 2、支撑功能、支撑功能 中断处理、时钟管理、原语操作中断处理、时钟管理、原语操作2.32.3进进程程控控制制2.3.1

13、 2.3.1 内核内核四、内核的实现四、内核的实现1 1、用、用原语原语实现实现2 2、原语：由若干条机器指令构成的，完成特定功、原语：由若干条机器指令构成的，完成特定功 能的一段程序，其执行过程不可分割，能的一段程序，其执行过程不可分割， 就象一条指令一样。就象一条指令一样。2.32.3进进程程控控制制2.3.2 2.3.2 进程控制原语进程控制原语进程的创建、终止进程的创建、终止进程的阻塞、唤醒进程的阻塞、唤醒进程的挂起、激活进程的挂起、激活补充习题补充习题1 1（1 1）给出进程定义，并举一个实际比喻例子，说明在该例）给出进程定义，并举一个实际比喻例子，说明在该例子中什么可比喻为程序？什么可比喻为进程？什么情况下是多个进子中什么可比喻为程序？什么可比喻为进程？什么情况下是多个进程？程？（2 2）描述进程的三种基本状态，尽可能清楚地解释处于不同状）描述进程的三种基本状态，尽可能清楚地解释处于不同状态的进程在性质上的区别。态的进程在性质上的区别。（3 3）画出进程状态变化图，说明进程怎样从一个状态转换到下）画出进程状态变化图，说明进程怎样从一个状态转换到下一个状态。一个状态。2 2现代操作系