《进程及进程》课件

进程及进程的PPT课件大纲,ACLICKTOUNLIMITEDPOSSIBILITES汇报人：01添加目录标题03进程的组成与结构02进程的基本概念04进程调度与切换05并发进程与线程06进程间通信IPC目录CONTENTS添加章节标题PART01进程的基本概念PART02进程的定义进程具有独立性、动态性、并发性和异步性等特点进程是操作系统中的基本概念，是程序的一次执行过程进程由程序、数据和进程控制块组成进程是操作系统进行资源管理和调度的基本单位进程的状态运行状态：进程正在CPU上执行新建状态：进程刚刚创建，尚未执行就绪状态：进程已准备好执行，等待CPU调度阻塞状态：进程等待某个事件发生，如I/O操作完成终止状态：进程执行完毕，等待操作系统回收资源进程的创建与终止创建进程：通过系统调用创建新的进程，如fork()、exec()等终止进程：通过系统调用终止进程，如exit()、_exit()等僵尸进程：进程终止后，其资源未释放，成为僵尸进程孤儿进程：父进程终止后，其子进程成为孤儿进程，由init进程收养信号处理：进程可以通过信号处理机制，响应和处理各种信号，如SIGINT、SIGTERM等进程状态：进程有就绪、运行、阻塞、终止等状态，状态转换由操作系统调度决定进程的同步与通信添加标题添加标题添加标题添加标题进程通信：进程之间需要交换信息，实现数据共享和协作进程同步：多个进程之间需要协调工作，避免冲突和死锁信号量：一种用于进程同步和通信的机制，用于控制对共享资源的访问消息传递：一种常用的进程通信方式，通过发送和接收消息实现进程间的数据交换进程的组成与结构PART03进程控制块PCB进程控制块PCB的定义：操作系统用于管理进程的数据结构PCB的内容：包括进程标识符、进程状态、进程优先级、CPU寄存器、内存管理信息、文件描述符等PCB的作用：操作系统通过PCB来管理进程，实现进程调度、资源分配等功能PCB与进程的关系：一个进程对应一个PCB，操作系统通过PCB来识别和管理进程进程的代码段、数据段和堆栈段代码段：存放程序代码的区域，由操作系统管理数据段：存放全局变量、静态变量和常量的区域，由操作系统管理堆栈段：存放临时变量、函数调用和返回地址的区域，由操作系统管理堆：存放动态分配的内存区域，由程序员管理栈：存放临时变量、函数调用和返回地址的区域，由操作系统管理进程控制块：存放进程状态、进程ID等信息的区域，由操作系统管理进程的内存映像进程控制块：包含进程的基本信息，如进程ID、状态、优先级等程序代码：进程的可执行代码，包括指令和数据进程数据：进程的私有数据，如全局变量、局部变量、堆栈等进程资源：进程的资源信息，如打开的文件、网络连接等进程上下文：进程的执行环境，包括CPU寄存器、堆栈指针等进程通信：进程之间的通信机制，如管道、信号、共享内存等进程的I/O状态信息进程I/O状态：进程在执行I/O操作时的状态就绪状态：进程等待CPU调度执行状态类型：阻塞、就绪、运行运行状态：进程正在CPU上执行阻塞状态：进程等待I/O操作完成状态转换：阻塞->就绪->运行->阻塞进程调度与切换PART04进程调度算法短进程优先调度算法：优先调度执行时间短的进程优先级调度算法：根据进程的优先级进行调度时间片轮转调度算法：每个进程轮流执行一段时间多级反馈队列调度算法：将进程分为多个队列，每个队列采用不同的调度算法进程切换过程进程切换的原因：资源分配、任务调度等进程切换的步骤：保存当前进程状态、选择下一个进程、恢复下一个进程状态等进程切换的时间：取决于操作系统和硬件配置进程切换的影响：可能导致系统响应延迟、资源浪费等问题进程切换的开销进程切换的时间开销：包括保存和恢复进程上下文的时间进程切换的空间开销：包括保存和恢复进程上下文所需的内存空间进程切换的CPU开销：包括进程切换时CPU的切换和调度时间进程切换的I/O开销：包括进程切换时I/O设备的切换和调度时间进程调度性能评估调度效率：评估调度算法的效率，如平均周转时间、平均等待时间等公平性：评估调度算法的公平性，如避免饥饿、避免资源浪费等实时性：评估调度算法的实时性，如响应时间、吞吐量等调度算法：选择合适的调度算法，如FCFS、SJF、RR等调度策略：考虑优先级、时间片、抢占式等调度策略切换开销：评估进程切换的开销，包括上下文切换、页表切换等并发进程与线程PART05并发进程的概念与模型并发进程：同时执行的多个进程并发模型分类：共享内存模型、消息传递模型、共享状态模型等并发模型：描述并发进程和线程之间关系的模型线程：进程中可独立执行的最小单位线程的基本概念与实现方式添加标题添加标题添加标题添加标题线程的状态包括就绪、运行、阻塞和终止线程是进程的一个执行单元，可以共享进程的资源线程的实现方式包括用户级线程和内核级线程用户级线程由应用程序管理，内核级线程由操作系统管理线程的同步与通信线程同步：多个线程之间共享资源，需要同步操作互斥锁：保证同一时间只有一个线程访问共享资源信号量：用于控制多个线程对共享资源的访问条件变量：用于线程之间的等待和通知消息传递：线程之间通过发送和接收消息进行通信共享内存：多个线程共享同一块内存区域，实现数据共享线程的调度与切换线程调度：操作系统根据一定的策略选择线程进行执行线程切换：操作系统在多个线程之间进行切换，以实现并发执行线程优先级：线程的优先级决定了线程的调度顺序线程同步：线程之间需要同步，以确保数据的正确性和完整性进程间通信IPCPART06管道通信管道通信是一种进程间通信的方式管道通信通过创建管道来实现管道通信可以分为匿名管道和命名管道匿名管道只能用于父子进程之间的通信命名管道可以用于任意两个进程之间的通信管道通信的速度快，效率高，但只能传输字节流，不能传输复杂的数据结构消息传递通信消息传递：进程间通过发送和接收消息进行通信消息类型：包括信号、管道、共享内存、消息队列等信号：进程间通过发送信号进行通信，信号可以是硬件中断、软件中断等管道：进程间通过管道进行通信，管道可以是匿名管道、命名管道等共享内存：进程间通过共享内存进行通信，共享内存可以是全局共享内存、局部共享内存等消息队列：进程间通过消息队列进行通信，消息队列可以是FIFO、LIFO等共享内存通信共享内存：进程间共享的一块内存区域优点：速度快，效率高缺点：需要同步机制，防止数据竞争和死锁通信原理：进程通过读写共享内存实现通信信号量通信信号量：一种用于进程间通信的同步机制信号量通信原理：通过信号量来控制进程间的同步和互斥信号量操作：P操作和V操作信号量通信的应用：解决进程间的同步和互斥问题，实现进程间的协作和协调进程安全与保护PART07进程的安全性需求防止恶意进程攻击确保进程间通信的安全性防止进程被篡改或破坏保护系统资源不被非法访问进程的访问控制机制访问控制模型：DAC、MAC、RBAC等访问控制策略：基于角色的访问控制、基于属性的访问控制等访问控制方法：访问控制列表（ACL）、访问控制矩阵（ACM）等访问控制实现：操作系统内核、安全模块等进程的安全审计与监控进程的安全漏洞与防范措施添加标题添加标题