第2节操作系统 操作系统如何管理进程
操作系统的进程管理
操作系统的进程管理操作系统是计算机系统中的核心软件，负责管理和控制计算机资源的分配和调度。
其中，进程管理是操作系统的重要功能之一。
本文将介绍操作系统的进程管理原理和策略，并分析其在计算机系统中的作用。
一、进程的概念与特点进程是指计算机中正在执行的程序，是资源分配和调度的基本单位。
每个进程都有其特有的标识符、状态和控制信息。
进程的特点包括并发性、独立性和动态性。
并发性是指多个进程可以同时在计算机系统中执行，通过操作系统的调度机制，实现多个进程之间的切换和并发执行。
独立性是指每个进程拥有独立的地址空间和资源，相互之间不会互相干扰。
动态性是指进程的创建、执行和消亡都是动态的过程，进程可以根据需要创建和终止。
二、进程管理的基本原理1. 进程的创建进程的创建是指通过操作系统调用来创建新的进程。
操作系统根据不同的创建方式，分配对应的资源给新进程，并将其加入就绪队列，等待调度程序进行调度。
2. 进程的状态转换进程的状态包括就绪、运行和阻塞三种。
就绪状态表示进程已经具备运行所需的资源，等待调度程序分配CPU资源。
运行状态表示进程正在执行。
阻塞状态表示进程由于等待某个事件的发生而暂停执行。
进程的状态转换是根据不同的事件发生而进行的，例如进程执行完毕或等待I/O操作完成等。
3. 进程的调度进程调度是操作系统的重要功能之一，通过调度算法来确定哪些进程能够获得CPU资源。
调度算法根据不同的策略进行选择，例如先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转等等。
4. 进程的同步与通信当存在多个进程共享某些资源时，需要进行进程的同步与通信。
同步机制用于协调进程的顺序执行，如互斥访问共享资源。
通信机制用于实现进程之间的信息交换，如管道、消息队列、共享内存等。
三、进程管理的策略1. 进程优先级操作系统可以为每个进程分配不同的优先级，根据优先级决定进程获取CPU资源的顺序。
优先级高的进程会优先获得CPU资源，提高进程执行的效率。
操作系统的进程管理机制
操作系统的进程管理机制进程是操作系统中最重要的概念之一，它是指正在执行的程序的实例。
操作系统需要管理进程的创建、执行和终止，以及处理进程间的调度和通信。
本文将介绍操作系统的进程管理机制。
一、进程的基本概念进程是指正在执行的程序的实例，它拥有自己的程序计数器和一组寄存器，以及堆栈和数据段等内存空间。
每个进程都是独立的，彼此之间相互隔离，互不干扰。
二、进程的状态进程在执行过程中会处于不同的状态，主要包括就绪、运行、阻塞和终止等状态。
1. 就绪状态：进程已经具备执行的条件，正在等待系统资源的分配，一旦分配到资源，就可以直接进入执行状态。
2. 运行状态：进程正在执行指令，占用CPU时间片。
3. 阻塞状态：进程在等待某些事件的发生，比如等待用户输入或等待资源释放等，此时进程无法执行。
4. 终止状态：进程执行完毕或被系统强制终止后进入终止状态。
三、进程的创建与终止操作系统需要负责管理进程的创建和终止。
1. 进程的创建：进程的创建可以通过系统调用来实现，通常涉及到申请资源、分配内存空间、加载程序代码等步骤。
创建新进程后，操作系统会为其分配唯一的进程标识符（PID）。
2. 进程的终止：进程的终止可以由自身完成（正常终止）或由操作系统强制终止（异常终止）。
终止时，操作系统会回收进程所占用的资源，释放内存空间。
四、进程的调度进程的调度是指操作系统根据一定的策略，决定哪个进程可以进入运行状态，并分配给它CPU时间片。
1. 批处理调度：按照作业的先后顺序进行调度，适用于不需要与用户交互的后台任务。
2. 交互式调度：根据用户的输入和请求，及时响应用户的操作，保证用户体验。
3. 实时调度：根据任务的优先级和时间限制，确保任务能够按时完成，适用于对响应时间要求较为严格的任务。
五、进程的通信在多进程环境下，进程之间需要进行通信和数据共享。
1. 共享内存：将一块内存空间映射到多个进程的地址空间中，实现数据的共享。
2. 消息传递：通过发送和接收消息来进行进程间的通信，可以是同步或异步的方式。
操作系统-进程管理
操作系统-进程管理操作系统-进程管理1.简介进程管理是操作系统中的核心功能之一，负责管理计算机系统中的各个进程。
进程是指正在执行的程序实例，它包含了程序的代码、数据和执行状态等信息。
进程管理涉及创建、调度、同步、通信、终止等一系列操作，旨在协调和控制多个进程的执行。
2.进程的创建与终止2.1 进程创建进程的创建是指由操作系统创建新的进程。
主要步骤包括：①分配空间：为新进程分配内存空间。
②初始化：将新进程的状态设置为就绪态，并初始化进程控制块（PCB）。
③指定执行代码：将新进程指向要执行的代码。
④设置执行环境：为新进程设置执行所需的环境变量和资源参数。
2.2 进程终止进程终止是指进程执行完毕或被强制终止。
主要步骤包括：①保存状态：将进程的状态保存到进程控制块中。
②释放资源：释放进程所占用的系统资源。
③给予父进程处理机：将CPU控制权交还给父进程。
3.进程调度进程调度是指选择就绪态进程中的一个进程分配CPU资源。
调度算法的选择和实现会直接影响操作系统的性能和效率。
常见的调度算法有：3.1 先来先服务（FCFS）：按照进程到达的先后顺序进行调度。
3.2 短作业优先（SJF）：根据进程的执行时间进行调度，执行时间短的进程优先。
3.3 时间片轮转（RR）：每个进程被分配一个时间片，在时间片用完后，切换到下一个进程。
3.4 优先级调度：根据进程的优先级进行调度，优先级高的进程先执行。
4.进程同步与通信4.1 进程同步为了保证多个进程之间的操作按照一定的顺序进行，需要进行进程同步。
常见的同步机制有：①互斥锁：只允许一个进程访问共享资源。
②信号量：用于进程之间的互斥与同步。
③条件变量：用于线程之间的等待与通知。
4.2 进程通信进程通信是指进程之间相互传递信息的过程。
常见的通信机制有：①管道：一种半双工的通信方式，可以在具有亲缘关系的进程之间进行通信。
②消息队列：进程可以通过读写消息队列来进行通信。
③共享内存：多个进程可以访问同一块共享内存区域，将其用作通信媒介。
操作系统课件 第2章 进程
第二章 进 程 管 理
对于具有下述四条语句的程序段： S1: a∶=x+2 S2: b∶=y+4 S3: c∶=a+b S4: d∶=c+b 请画出前趋关系图。
S1 S3 S2 S4
第二章 进 程 管 理
2.2 程序并发执行时的特征
1) 间断性 相互制约性)－后面的模块等待前面的模块 间断性(相互制约性 － 相互制约性 传来的结果，然后才执行（如打印模块等待 计算模块完成）。走走停停。 2) 失去封闭性 ：多个程序共享系统中的各种资源， 因而这些资源的状态将由多个程序来改变， 致使程序的运行已失去了封闭性。 结果是一个程序运行时会受到另一个程序的 结果是 影响。 3) 不可再现性 ：程序在并发执行时，由于失去了封 闭性，也将导致失去其可再现性
第二பைடு நூலகம் 进 程 管 理
新进程
接纳
就绪 时间片完 I/O完成 进程调度
阻塞 I/O请求
执行
完成
结束
图 2-5 进程的三种基本状态及其转换
(教材讲5种)
第二章 进 程 管 理
作业调度
作业后备队列
阻塞队列
外存
进程就绪队列
一些 阻塞队列
内存
处理器 (CPU)
第二章 进 程 管 理
3.7五状态 五状态进程模型 五状态
第二章 进 程 管 理
3.4进程与程序的区别 进程与程序的区别
程序是静态的， 1)程序是静态的 进程是动态的; 是根本区别） 1)程序是静态的，进程是动态的;（是根本区别） 程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。 程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。 2)进程和程序不是一一对应的 2)进程和程序不是一一对应的 ; • 一个程序可对应多个进程 即多个进程可执行同一程序 ; 一个程序可对应多个进程,即多个进程可执行同一程序 • 一个进程可以执行一个或几个程序 3)进程是暂时的 程序的永久的：进程是一个状态变化的过程， 进程是暂时的， 3)进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态变化的过程， 程序可长久保存。 程序可长久保存。 4)进程与程序的组成不同 进程的组成包括程序、 进程与程序的组成不同： 4)进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程 控制块（即进程状态信息）。 控制块（即进程状态信息）。 5)进程具有创建其他进程的功能 而程序没有。 进程具有创建其他进程的功能， 5)进程具有创建其他进程的功能，而程序没有。
操作系统的进程管理
操作系统的进程管理操作系统是计算机系统的核心组成部分，负责管理计算机的资源并提供各种服务。
进程是操作系统中的基本单位，是程序的执行实例。
进程管理是操作系统的重要功能之一，它包括进程的创建、撤销、调度以及进程间的通信和同步等操作。
一、进程的创建进程的创建是指操作系统为一个程序创建一个执行实例的过程。
当用户执行一个程序时，操作系统会为该程序创建一个独立的进程。
进程创建的步骤如下：1. 分配内存空间：操作系统为进程分配一块内存空间，用于存储代码、数据和堆栈等信息。
2. 初始化进程控制块：操作系统创建进程控制块（PCB），用于存储进程的各种状态、资源和控制信息。
3. 设置程序计数器（PC）：将程序计数器设置为程序的入口地址，以便开始执行程序。
4. 设置堆栈指针（SP）：将堆栈指针设置为堆栈的起始地址，以便进行函数调用和返回。
二、进程的撤销进程的撤销是指操作系统终止一个正在执行的进程的过程。
进程撤销的原因包括进程执行完毕、出现错误、被用户强制终止等。
进程撤销的步骤如下：1. 保存进程状态：将进程的状态、寄存器和堆栈等信息保存到进程控制块中。
2. 释放资源：释放进程占用的内存空间、文件和设备等资源，以便其他进程使用。
3. 销毁进程控制块：操作系统销毁进程控制块，回收其内存空间。
三、进程的调度进程的调度是指操作系统根据一定的调度算法，按照优先级或其他规则决定将哪个进程分配给处理器执行的过程。
进程调度的目标是提高系统的资源利用率和响应速度。
常见的调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转等。
四、进程间的通信和同步进程间的通信是指不同进程之间传递信息和共享资源的过程。
进程间通信可以通过共享内存、消息传递、管道、信号量等方式实现。
通信的目的是实现进程间的协作和数据共享。
进程间的同步是指多个进程按照一定的顺序执行，以避免资源竞争和数据不一致的问题。
常见的同步机制包括互斥锁、信号量、条件变量等。
如何进行操作系统调度和进程管理
如何进行操作系统调度和进程管理操作系统调度和进程管理是操作系统中非常重要的功能，它负责管理系统中的进程、资源分配和进程间的调度。
本文将详细介绍操作系统调度和进程管理的相关概念、原理和实践方法。
一、进程和线程的概念1.1进程:进程是程序的一次执行过程，是程序在计算机中的一次执行活动，它是程序在执行过程中分配和管理资源的基本单位。
每个进程都有自己的地址空间、堆栈、数据区等资源，进程之间彼此独立，互不干扰。
1.2线程：线程是进程中的一条执行路径，是进程的实体，每个进程可以包含多个线程。
线程共享相同的地址空间和其他资源，可以很方便地进行通信和数据交换。
二、进程管理2.1进程的状态：在操作系统中，进程可以处于运行状态、就绪状态和阻塞状态。
运行状态表示进程正在执行，就绪状态表示进程已经准备好执行，阻塞状态表示进程由于某种原因暂时无法执行。
2.2进程的创建和终止：进程的创建可以通过程序的加载、复制已有进程等方式实现，而进程的终止可以通过调用exit()系统调用、异常终止等方式实现。
2.3进程控制块（PCB）：PCB是操作系统中用于保存和管理进程信息的数据结构，包括进程的状态、优先级、资源需求等信息。
PCB可以帮助操作系统对进程进行管理和调度。
2.4进程同步和通信：在多进程环境下，进程之间需要进行同步和通信以确保数据的一致性和正确性。
操作系统提供了多种机制来实现进程之间的同步和通信，比如信号量、互斥锁、消息队列等。
三、进程调度3.1进程调度的目的：进程调度的主要目的是提高系统的资源利用率和响应速度，保证系统的稳定性和性能。
通过合理的调度算法，可以实现进程之间的公平调度，并且避免进程死锁、饥饿等问题。
3.2调度算法：常见的调度算法包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转（RR）等。
不同的调度算法适用于不同的场景，可以根据系统的特点和需求选择合适的算法。
3.3进程优先级调度：进程可以设置不同的优先级，高优先级的进程会得到更多的CPU 时间片，保证系统的响应速度和性能。
操作系统进程管理解析
操作系统进程管理解析在我们日常使用计算机或其他智能设备时，操作系统默默地在后台发挥着关键作用，其中进程管理是操作系统的核心功能之一。
进程管理就像是一个有条不紊的指挥中心，负责协调和控制各个程序的运行，以确保系统的高效稳定。
接下来，让我们深入探讨一下操作系统进程管理的奥秘。
进程，简单来说，就是正在运行的程序的实例。
当我们打开一个应用程序，比如浏览器或者音乐播放器，操作系统就会为这个程序创建一个进程，为其分配资源，如内存、CPU 时间等，然后监督和控制它的执行。
进程管理的首要任务是进程的创建和终止。
当我们需要运行一个新的程序时，操作系统会创建一个新的进程。
这个过程可不是简单地启动程序，而是要进行一系列复杂的操作。
首先，操作系统要为进程分配唯一的标识符，就像给每个人分配一个身份证号码一样，以便能够准确地识别和跟踪这个进程。
然后，要为进程分配内存空间，用于存储程序的代码、数据和堆栈等信息。
同时，还要建立进程的控制块（PCB），这就像是进程的“档案”，记录了进程的各种状态信息，如进程的优先级、CPU 使用率、等待的资源等。
当一个进程完成了它的任务或者出现了异常情况，操作系统就要负责终止这个进程。
在终止进程时，操作系统要回收分配给进程的各种资源，如内存、文件句柄等，还要将进程的相关信息从系统的各种数据结构中删除，确保系统的资源得到合理的利用。
进程的状态是进程管理中的一个重要概念。
一个进程在其生命周期中会经历不同的状态，常见的状态有就绪态、运行态和阻塞态。
就绪态表示进程已经准备好运行，只等待 CPU 分配时间片。
运行态则是进程正在 CPU 上执行。
而阻塞态是指进程因为等待某个事件的发生，如等待输入输出操作完成、等待资源可用等，而暂时无法继续执行。
操作系统通过进程调度来决定哪个进程能够获得 CPU 的使用权，进入运行态。
进程调度算法有很多种，比如先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、时间片轮转（RR）等。
操作系统的进程管理与调度策略
操作系统的进程管理与调度策略进程是操作系统中最基本的执行单元，它代表了正在运行的程序。
操作系统通过进程管理和调度策略来有效地分配和利用计算机资源，以提高系统的性能和响应时间。
本文将探讨操作系统的进程管理和调度策略。
一、进程管理进程管理是操作系统的核心功能之一，它包括进程的创建、撤销、挂起、恢复等操作。
下面我们将分别介绍这些操作。
1. 进程的创建进程的创建是指操作系统通过某些手段来启动一个新的进程。
常见的创建进程的方式有两种：一是通过执行应用程序，二是通过现有进程创建子进程。
无论哪种方式，都需要为新的进程分配资源和初始化进程控制块。
2. 进程的撤销进程的撤销是指将进程从系统中完全移除，释放其占用的资源。
进程的撤销可以是主动的，即用户主动终止进程的执行；也可以是被动的，即由操作系统通过一定的策略来终止进程。
3. 进程的挂起和恢复进程的挂起是指将进程从运行状态转变为暂停状态，暂停期间进程无法继续执行，但仍保留在内存中等待被恢复。
进程的恢复则是将挂起的进程重新转变为可执行状态，继续执行。
二、调度策略调度策略是操作系统用于决定哪个进程可以获得资源，以及在何时获得资源的一种规则或算法。
调度策略的选择对系统的性能和响应时间有着重要的影响，常见的调度策略有以下几种。
1. 先来先服务（FCFS）先来先服务是最简单的调度策略，按照进程到达的顺序分配处理器资源。
在这种策略下，无论进程的执行时间长短，都会按照先后顺序依次执行。
然而，这种策略容易导致短作业等待时间过长，影响系统的响应时间。
2. 短作业优先（SJF）短作业优先策略是根据进程的执行时间长度来进行调度，执行时间短的进程优先获得处理器资源。
这种策略可以减少短作业的等待时间，提高系统的响应速度。
但是，当一个长作业插入到短作业之前时，长作业的等待时间会大幅增加。
3. 优先级调度优先级调度策略通过为每个进程分配一个优先级来确定进程的执行顺序。
优先级可以是静态的，由用户指定；也可以是动态的，根据进程的历史行为和资源使用情况进行调整。
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先来先服务 非剥夺优先级 剥夺优先级 时间片轮转（时间片为2）
总结
• 并发执行的程序是需要操作系统调度的 • 调度方式有可剥夺和不可剥夺两种方式
• 调度算法主要有优先数和循环轮转以及多级反馈 ，但操作系统一般不单一的采用某进程调度做什么？ 调度方式 调度时机 进程调度算法 举例
1
进程调度分两步
第一步：在众多处于就绪状态的进程中，按一定
的原则选择一个进程
第二步：处理器切换
利用进程控制块记录进程的情况
决定调度算法
实施处理机的分配和回收
第2单元 进程管理
第2节 进程调度
调度 调度
调度 调度
第2单元 进程管理
第2节 进程调度
进程调度做什么？ 调度方式 调度时机 进程调度算法 举例
7
调度算法
怎么选一个就绪进程投入运行
• • •
进程优先数调度算法 循环轮转调度 多级反馈队列调度
优先数调度
每个任务有个优先数，关联一个优先权，优先权高的
任务优先调度
响应时间太长
如时间片500ms 10任务，响应需要5秒
时间片太小
吞吐量变小，周转时间变长 如时间片20ms，上下文切换5ms，20%的切换代价
折衷: 时间片10-100ms，切换时间0.1-1ms(1%)
关于时间片设定
• 固定时间片 • 可变时间片
时间片怎么计算？
调度算法
怎么选一个就绪进程投入运行
进程调度做什么？ 调度方式 调度时机 进程调度算法 举例
3
进程调度的方式
• 非剥夺方式
•
剥夺方式
第2单元 进程管理
第2节 进程调度
进程调度做什么？ 调度方式 调度时机 进程调度算法 调度算法设计要考虑的因素 5 举例
什么时候调度？
一个进程的时间片 用完的时候 Cpu空闲 一个进程需要系统 服务的时候 一个进程被捕获 （陷入）的时候 一个进程执行完毕 的时候 在可剥夺系统中， 当有更高优先级进程 需要处理机的时候
1、如何确定优先数？
2、同一个优先级的进程是一个还是多个？ 3、是否可剥夺？
如何确定优先数？
静态优先数 动态优先数
考虑因素：
根据进程使用的资源 进程运行时间的估计 进程的类型
如何确定优先数？
静态优先数 动态（可变）优先数
考虑因素：
什么时候变？ 怎么变？
同一个优先级的进程是一个还是多个？
如果一个优先级一个进程， 就排一个队列 如果一个优先级有多个进程， 就排多个队列
同一个优先级上有多个进程举例
每个优先级一个队列，有多个队列
基于可剥夺优先级的状态变迁图
运 行
服务请求 (请求I/O等)
进程调度
被剥夺
就绪 服务完成/ 事件来到
等待
调度算法
怎么选一个就绪进程投入运行
• • •
• • •
进程优先数调度算法 循环轮转调度 多级反馈队列调度
多级反馈算法举例 • 就绪队列有多个，每个队列可以采用不同的调度算法，
任务可以在队列之间移动
系统任务队列1 系统任务队列2 优 先 权 用户任务(时间片为8) 用户任务(时间片为16) 用户任务(FCFS) 当用完时间片…
例子
有2个就绪队列的状态变迁图
进程优先数调度算法 循环轮转调度 多级反馈队列调度
适合交互式的调度: Round-robin (RR) • RR: 按时间片来轮转调度
运 行
服务请求 (请求I/O等)
进程调度
时间片到
就绪 服务完成/ 事件来到
等待
关于时间片设定
• 固定时间片 • 可变时间片
时间片大小的设定
时间片该如何设定?
• 时间片太大
举例
• P275 四-1
第2单元 进程管理
第2节 进程调度
进程调度做什么？ 调度方式 调度时机 进程调度算法 举例
24
Linux的进程调度
• P232 9.5节 • 动态优先级+可变时间片+可抢占
例子
• 考虑5个进程见下表，1的优先级最高，假设忽略 进程的调度时间，分析在采用下述几种调度算法 下的调度次序。