计算机操作系统教学课件

第一章操作系统引论

第二章作业界面管理

第三章文件管理

第四章存储管理

第五章设备管理

第六章进程及处理机管理

第七章操作系统结构和程序实现

第六章ja程及处理机管理

进程与操作系统关系：五大功

能之一

操作系统的核心功能及特点

为什么要引入“进程”的概念

I

进程与O.S关系：五大功能之一

高级（宏）处理机管理：即作业

调度，确定系统中哪些作业将获

得CPU

低级（微）处理机管理：即进程

调度，确定系统中哪个作业的哪

个进程将获得CPU

操作系统核心功能

调度进程：决定哪个进程运行、挂起、

交换等；

分配内存：哪个进程得到内存；

管理和控制文件系统：检查“许可证”、

修改目录、路径等；

处理系统调用：由用户的进程发“请

求”，系统根据资源的充分利用,

按排;

・处理输入输出的请求和工作。K

操作系统核心的特点

常驻内存

不是一个顺序程序,是一个“有头无尾”

的程序模块装配而成，是一组服务功能

的集合.

主要通过表格组合,并发协调进行（系统

态，用户态）

为什么要引里的概念

关键是“共享资源”引起的

近代操作系统编程设计的一种新概

念

手编一符号一高级语言一进程，线

程

顺序执行与并发执行的区别

顺序执行:并发执行

程序具有封闭性程序失去封闭性

独享资源共享资源（互为存在条件）

可再现性程序与“计算”不再一一对

应

有相互制约"/\S

'I

第六章ja程及处理机管理

进程的定义及特征（1）

进程进程是OS动态分配和执行

的基本单元（构件）。操作系统

的五大功能是由许多进程组合完

成的。

程序和进程的区别

进程的五个基本特征

进程的定义及特征(2)

在任务执行过程中切割成独立的单元,

涉及到进程(Process)的组成内容、

任务激活(Active)以及线程

(Thread)。

线程是近年来由“进程”发展而来，一

般定义为程序执行中单个顺序的流控制，

比进程优越之处是执行中占有相同的内

存空间。在现代操作系统中，进程是分

配单元，而线程是执行单元。**

进程的五个基本特征

动态性：进程是程序在并发系统内的一次执行,

一个进程有一个款产生里,消失的生命期;

并发性：正是为了描述程序在并发系统内执行

的动态特性才引入了进程，没有并发就没有进

程；

独立性：每个进程的程序都是相对独立的顺序

程序，可以按照自己的方向和速度独立地向前

推进；

制约性：进程之间的相互制约，主要表现在互

斥地使用资源和相关进程之间必要的同步和通

讯；

4/dI

结构性：进程=PCB+程序+数据集保

程序和进程的区别

程序进程

•静态的指令序列•动态的程序执行过程

•一程序可对应・一个进程对应至少有

多个进程一个程序在工作

・永久性软件资源•暂存资源,动态生之过程

第六章进程及处理机管理

第一节概述

第二节进程的定义和特征

第三节进程调度

第四节进程通信

第五节死锁

A/\

进程调度

进程描述分三部分________

进程对应的程序:进程的算法

描述

数据集合:数据部分，工作区

进程控制表（PCB）:是操作

进程的三个基本状态及转换

J静止活动

阻塞等待阻塞

进程的状态及转换

页面阻塞

I/O阻塞

盘带阻塞

得到资源资源不足

提交进入队列：高优先级队时间片到完成

歹IJ:中优先级队列:<

!低优先级执行

调度选中进入

进程调度算法举例

先夯（卜c卜

优先数法（Priority）

按进程类型（系统/用户；联机/脱机;

交互4比量）

按资源要求（时间、占内存大小、多

道分配）

动态优先（占CPU及内存时间）★]:

时间片轮转,轮转循环调度（TimgSlice）

第六章ja程及处理机管理

进程通信

同步

进程一进程

时间次序上受到某种限制

相互清楚对方的存在及其作用，交

换信息

往往指有几个进程共同完成一个任

务

举例：生产者与消费者之间，发送

者与接收者之间，写者与读者之间

』共者与用者之间不

互斥

进程一资源一进程

竞争到某一物理资源时不允许其它进程

工作

相互之间不一定清楚其它进程情况

往往指多个任务多个进程间通讯制约故

更广泛

举例：交通十字路口，单轨火隼的拨道

/颤|

岔，窄桥相对通行问题等

临界区

一个进程・对公哄,变量（或单

位共享资源量）部分的操作,

每次只准一个进程进入临界

区，进入后不允许其它进程

进入。例如，计算机中的打

印机是互斥资源，它只能

“停停打打”而不能中途去*

了邛口另一任务。

临界区管理:

①一次只准一个进程进入临界区

②本进程结束负责通知下一进程

③进

A进程进程

等_____J__

分配表被封锁否?分配表被封锁否?

对B进程封锁分配表对A进程封锁分配表

分配资源（例如打印机）分配工作、结束后释放资源

t

撤消对B进程封锁撤消对A进程封锁

原语

原语本身不是一条机器指令而是

由若干条指令组成，因此可理解

为机器指令的扩充。在对进程的

管理中完成某种特定功能，为进

程有效管理提供的若干基本操作。

(―)加锁/开锁(LOCK/UNLOCK)原语

共享资源，设置一锁位：

w=0设共享资源可用；w=1设共享资源不

可用

LOCK(w)

L:ifw=0thenw:=1elsegotoL:

UNLOCK(w)

w:=0

锁原语:—

优点是实现互斥简单；缺点息效率很低

访问临界区

退出临界区

(―)信号灯(量)(Semaphore)

及P-V操作

1.P、V操作是同步原语，即在执行期间有时间

制约关系，不可分割

2.用S信号灯指示一进程工作

3.〈信号量>=<S,Q>

S是初始值非负的整数变量，不是二元变量

(0/1),代表资源数；

Q是初始为空的队列

P操作原语(荷兰语的发信号)P(S)：

①p操作一次，s—1

(一次p操作，请求分配一资源，

S:=s-1)

②SNO表示有资源，当前进程可执行

③S<0无资源，则当前进程进入Q队列的队尾

等待，等另一进程执行V(S)操作后释放资源。

此时，|S|绝对值表示等待资源进程的个数要求

V操作原语（荷兰语的等待）V（S）：

①V操作一次，S+1

（释放一单位量资源S:=S+1）

②S>0

（有资源，告诉其它进程可以继读）

③S0O

（等待队列中另一进程释放资源后才能执行）

■1

生产者与消费者模型(OS典型例子)

S1仓库剩余容量,初始值Sic溶

S2仓库中信息量，初始值S2o=O

Producer:beginConsumer:begin

produce:consume:

｛生产产品｝P(S2);

P(S1);｛从仓库取出产品｝

｛将产品放入仓库内｝V(S1);

V(S2)｛消费产品｝

｛告诉消费者有产品｝gotoconsume

gotoproduceend;

模拟执行

生产消费sqS2|说明

P(S1)0产品入库

V(S2)1告诉消费者

P(S2)0取走产品

V(S1)1告诉生产者仑库空

10可以反复执行

用P、V操作实现互斥模型

设s初始值为1

A进程：进程:

P(S)P(S)

互斥工作段互斥工作段

V(S)V(S)

A/\

模拟执行

序号TA[BS说明

01

1P(S)0B进入占资源

2P(S)-1A进入无资源

3V(S)0B释放资源A解封

4V(S)1A释放资源

0可反复执行

★

PV操作原语特点

优点：

①克服了LOCK/UNLOCK原语中CPU忙碌查

询、等待现象

②不仅能解决进程同步，还能解决互斥问题

缺点：

①增加程序复杂性，尤其交换一批信息时效率

低

②程序不正常退出时，查找做了P没有做V不

方便

（三）消息缓冲通信原语

高级通信原语，用于一组信息发送与读取:

Send用于发送消息

①发送消息前，在本（甲）进程空间中开一发

送区

②使用send原语：SEND（A）

③SEND程序向系统申请一个消息缓冲区，将

发送区中消息正文、长度和发送进程名填入

④将缓冲区挂到接收进程的消息链链尾

⑤退出SEND程序甲进程继读执行向系统申请

一个消息缓冲区

Read用J»

①读取消息前，在乙进程空间中开一接收区

②使用read原语：READ(B)

③READ程序向系统申请一个消息缓冲区，将笫一

个消息缓冲区中的内容，消息正文、长度和发送

者名字，填入接收区

④将缓冲区从消息链中摘除，释放缓冲区

⑤退出READ程序，乙进程继读执行

第六章进程及处理机管理

第一节概述

第二节进程的定义和特征

第三节进程调度

第四节进程通信

第五节死锁

死锁

死锁的概念

死锁的有向图表示

产生死锁的必要条件

死锁的处理途径

死锁的概念

死锁是两个或两个以上的进程中的每一

个，都在等待其中另一个进程释放资源

而被封锁，它们都无法向前推进，称这

种现象为死锁现象。例如，交通阻塞现

象，原因是共享资源（道路）。共享资

源的严重缺乏，多个进程对共享资源的

竞争，尤其是管理者的调度策略不高明

-A

或失误，使它们都处于无止境的