操作系统教程-第2章(3)

1) 并发执行
若干程序段在执行时间上有重叠, 即一个程序段的执行过 程中插入了其它程序的操作，称为并发执行
R Q P t1 t2 t3 t4 t5 t6 T
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2) 程序并发执行的特征
若干个程序段的并发执行，产生了一些与程序顺序执行时不 同的特征： 顺序性：多个程序段并发执行时，每个程序段中语句的顺序执 行仍然保持，但是多个程序段之间不再保持顺序执行的关系。 间断性：多个程序段并发执行时，由于共享资源或由于相互合 作而形成执行时的相互制约关系，使得每个程序段执行时产生 了间断性。 非封闭性：多个程序段并发执行时，每个程序段不再独占系统 资源, 执行时受外界因素影响。例如，当一个用户的程序段执 行中使用某个I/O设备时，其他用户的程序段申请使用该设备， 就必须等待。 不可再现性：多个程序段并发执行时，产生了非封闭性，不再 独占系统资源，此时，即使程序执行的环境与初始状态不变， 重复执行时运算速度通常也不可再现，若运算结果与执行速度 有关，则可能会被改变。
5．进程定义与特征
1961年，进程的概念首先由美国麻省理工学院在MULTICS系统中引入，得到 人们的普遍重视并广为采用。随后，许多人都对进程下过定义，如：
进程是可以并发执行的程序在一个数据集合上的运行过程。 进程是程序的一次执行过程。 进程是可参与并发执行的程序。 进程是一个程序及其数据在处理机上执行时所发生的活动。 进程是在给定初始状态和内存区域的条件下，可以并发执行 的程序的一次执行过程。
S1: READ（X，Y）； S2: C = X+Y； S3: PRINT C；
S 1 S 2 S 3
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类似地，在一个系统中，若要执行几个程序段，只有当一 个程序段执行完后才能执行另一个程序段中的操作。如，一 个程序段通常由输入(I)、计算(C)、输出(P)等操作组成,两个程 序段的顺序执行则如图
I1 C 1 P 1 I2 C 2 P 2
2) 程序顺序执行的特征 顺序性：处理机的操作严格按照程序所规定的操作顺序执行， 时间上完全有序, 即只有前一个操作执行完以后，才能进行后 继操作。 封闭性：程序执行时独占系统资源，系统内各种资源的状态 （初始状态除外）只能被本程序所改变，因此其执行结果不 受外界因素的干扰。 结果可再现性：只要程序执行的环境与初始状态不变, 当重复 执行时, 所获得的结果相同, 与执行速度无关。
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并发执行环境的以上特点，使程序固有的顺序性、封闭性 受到破坏。在多道程序执行环境中如果仍以程序作为运行的 基本单位，显然无法满足并发性、随机性及资源动态共享等 要求。为适应并发执行环境的特点，简化操作系统的设计， 适应“程序的一次执行”这一动态计算的概念，操作系统引 入了进程（Process）这一概念实体作为操作系统管理、资源 分配及调度执行的基本单位。
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3.程序的并发执行（多道程序）
什么是并行操作? 什么是并发执行?
多个程序段在计算机系统中“一起”执行。例如，在一个 时间段内，一个CPU在为多道程序工作，而在某一个瞬间， 一个CPU只能运行一道程序，它只是在多道程序中快速切换， 给人以CPU“同时”运行几道程序的感觉。每个程序内部仍是 按顺序执行，但是多个程序的执行过程是可以交叉的，这是 一种伪并行，称之为并发执行。
● 独立性：进程是一个能够独立运行的基本单位，即只有进
程才能被独立调度运行及独立获得资源。在系统中，除了系 统提供的服务外，只有进程在活动，而程序是不能作为调度 运行和获得资源的基本单位的。

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进程的定义：（从不同的角度）
（1）进程是程序作用在一组数据上的一次执行 过程（一次计算）； （2）进程是操作系统中一个可独立调度和资源 分配的基本单位； （3） 进程是可以和别的计算并发执行的计算。
UNIX系统中的定义与此系统中的定义完全一致。
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2) 进程的特征
进程是与程序完全不同的新概念，它具有以下特征：
● 并发性：在内存中的多个进程能在一段时间内同时运行。
并发性使得进程的程序执行过程随时会被中断。多个进程的 程序可以并发执行，这是进程最基本的特征之一，而程序是 不能并发执行的。
● 动态性：进程由创建到消亡是有一定生命期的，在生命期
间进程是一个活动实体。而程序是可以永久存放于某种介质 上的有序指令集合，是一个静态实体。
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2.程序的顺序执行(单道程序)
1) 程序的顺序执行 所谓程序的顺序执行，是指一个程序运行时独占 整个系统资源, 处理机严格按照程序所规定的顺序进 行操作。 在一个程序段中，只有前面的一个操作执行完， 才能进行后面一个操作。在一个程序段的执行过程中， 不能插入其它程序段中的操作。例如，对于下述程序 段:
第二章 处理机管理
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本章内容
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 进程概念 OS内核及进程控制 进程通信 进程调度 线程 死锁 作业管理 操作系统的接口
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2.1 进程的概念 2.1.1 进程的引入
硬件的并行操作与程序的并发执行都 需要CPU在多道程序中快速切换，原有 的程序概念无法做到这一点，因此我们引 入一个新概念——进程。 进程是操作系统中最重要、最核心的 概念，它是对正在运行的程序的抽象，是 独立调度运行与资源分配的基和系统资源的利用率，但也 带来了相应的问题: (1) 程序结果的封闭性和执行的可再现性不再满足。资源共 享— —造成资源共享与竞争——程序执行速度的改变 (2) 程序与计算不再一一对应。 程序是指令的集合——静态概念。而计算是程序的执行 过程——动态概念。程序只有作用在一组数据上的一次执行过 程才能完成用户要求的计算任务。 若有一个共享程序，每个用户都组织好自己的一组数据， 调用该程序执行。在多道程序执行环境中，一个程序可同时处 于多个执行过程，形成了多个“计算”。这时静态的程序将对 应多个动态的计算。 (3) 计算之间存在复杂的相互制约关系。 相互制约：相关的计算过程由于资源的共享和竞争而需要进 行的协调、控制工作，以确保计算的正确完成。 多道程序执行环境中，资源的共享和竞争会导致计算过程之间的 复杂的相互制约关系。