2016第二章进程管理

I2 C1
对n个用户作业的处理 —— 作业1： I1 C1 P1 作业2： I2 C2 P2 作业n： In Cn Pn
I3
C2
P1
（2）特征
I4 C3 P2 哪些程序段的执行必须是顺 –间断 (异步)性：运行－暂停－运行 序的？为什么？ –失去封闭性 哪些程序段的执行是并行 –程序与程序的运行不再一一对应 的？为什么？ –不可再现性：程序的运行结果与其推进速度有关，发生与时间有关的错误
问题：当A、B两道程序并发运行时，x,y,u可能有几种赋值 结果？各自对应的语句执行顺序分别是怎样的？
8
与时间有关的错误课堂分组讨论：
程序A x=1; y=0; If x>=1 then y=y+1; z=y; 程序B x=0; t=0; If x<1 then t=t+2; u=t;
2.2 进程的基本概念
三. 进程控制块
3、进程控制块内容
（3）进程调度信息： 进程状态； 进程优先级； 事件； 其他信息 （4）进程控制信息： 程序和数据地址； 进程同步和通信信息； 资源清单； 链接指针
2.2 进程的基本概念
4、进程控制块的组织方式：链接方式
（1）就绪链表； ready_q_start
8
2.2 进程的基本概念
一. 进程的定义及特征
简单定义：一个程序的一次运行过程。
特征：
• 动态性：进程最基本的特征 • 结构特征： ＝程序＋数据＋PCB
1 2 3
一个可执行的程 序
该程序所需的相关 数据(变量、工作 空间，缓冲区等)
该程序的执行上 下文(Context)
2.2 进程的基本概念
(1)在不支持多进程的操作系统下运行
依次运行程序A、程序B、程序Cwenku.baidu.com
（2）在支持多进程的操作系统下运行
建立进程A、B、C；对应的程序分别是程序A、B、C； 若系统采用时间片轮转的调度策略： 则在屏幕上有3个窗口，同时显示3个排序过程： 实际上这3个程序在轮 流地占用CPU时间，由于CPU的高速度，使我们看到的是这3个程序在 同时执行。 1
二. 进程的状态及变迁
课堂分组讨论：对下列状态变迁图，回答后面的问题。
运 行
3 4
1
就绪 2
等待
（1）变迁1的发生是否会引起变迁3的发生？需要什么条件？
（2）变迁4的发生是否会引起变迁3的发生？需要什么条件？
补充：进程管理功能：
（1）进程控制：控制进程状态转换； （2）进程同步：进程间运行顺序的协调：
next running PCB1 PCB2
PCB9

（2）执行进程；
next
PCB4
运行指针 PCB3 next PCB7
（3）等待链表； wait_lpt_q_start

打印机等待队列结构
（4）空白链表。
2.3 进程控制
原语(primitive)：
由若干条指令构成的“原子操作(atomic operation)” 过程，完成某种特定的功能，作为一个整体而不可分割－－ 要么全都完成，要么全都不做。
二. 进程的状态及变迁
1. 三种基本状态
• 就绪状态： 进程分配到必要的资源，等待获得CPU执行的状态。 组织 成一个或多个就绪队列。 • 运行状态： 进程分配到必要的资源，在CPU上执行时的状态 • 等待状态（阻塞状态、睡眠状态）： 正在执行的进程由于发生某事件而暂时无法继续执行时， 便放弃处理机而处于暂停状态。组织成一个或多个阻塞队列 。
S1 S2 S4
S5 S3
S6
S7
2.1 进程的引入
二. 程序的顺序执行
程序是为解决某一问题而设计的一系列指令的集合，是算法的形式 化描述。
例：read(disk,&a,4); /*从磁盘读a*/ c=a+2; printf(“c=%f\n”,c);
I → C →P • 顺序执行的特征
– 顺序性
I1 C1 P1
• (1) 从定义上看，进程是程序处理数据的过程，而程序是
一组指令的有序集合；
• (2) 进程具有动态性、并发性、独立性和异步性等，而程 序不具有这些特性； • (3)从进程结构特性上看，它包含程序、数据和PCB； • (4)进程和程序并非一一对应：通过多次执行，一个程序 可对应多个进程；通过调用关系，一个进程可执行多个程 序。
→I →C →P
I2
C2
P2
– 封闭性 – 可再现性 ：程序的运行结果与其推进速度无关
作业1
作业2
2.1 进程的引入
三. 程序的并发执行
（1）概念；
若干个程序段同时在系统中运行，这些 程序段的执行在时间上是重叠的，一个程 I1 序段的执行尚未结束，另一个程序段的执 行已经开始，即使这种重叠是很小的一部 分，也称这几个程序段是并发执行的。
程序A的①与程序B 的② ③两个语句 的执行顺序： n的初始赋值 打印的结果 n的最终赋值 ①②③ 10 11 0 ② ③① 10 10 1 ②① ③ 10 10 0 8
四. 与时间有关的错误
课堂分组讨论：
程序A x=1; y=0; If x>=1 then y=y+1; z=y; 程序B x=0; t=0; If x<1 then t=t+2; u=t;
② PCB
记录进程的动态特征，该进程与其他进程和 系统资源的关系。
2
2.2 进程的基本概念
段寄存器是根据内存分段的管理模式而设置的。内存单元的 32 位进程控制块（ CPU有8个32位的通用寄存器 ‫ج‬PCB) EAX、EBX、ECX、EDX、ESI、 物理地址由段寄存器的值和一个偏移量组合而成。 32位CPU EDI、EBP和ESP 。 2、进程控制块的内容 有 6个，16位CPU有4个 。 EAX ：称为累加器，可用于乘、除、输入 /输出等操作； （1）进程标识符： CS ：代码段寄存器，其值为代码段的段地址； EBX: 称为基地址寄存器 , 可作为存储器指针来使用； 内部标识符、外部标识符 DS ：数据段寄存器，其值为数据段的地址； ECX: 称为计数寄存器 , 控制循环次数； （2 ）处理机状态信息 ： 中断允许位、陷入标志、 ES ：附加段寄存器，其值为附加数据段的地址； EDX: 称为数据寄存器,在进行乘、除运算时，作为默认的操作 任务嵌套标志、特权标 通用寄存器； SS：堆栈段寄存器，其值为堆栈段的地址； 数参与运算，也可用于存放I/O的端口地址。 志、溢出标志、符号标 段寄存器； 志、零标志、进位标志 FS：附加段寄存器，其值为附加数据段的地址； ESI ：变址寄存器，是内存移动和比较操作的源地址寄存器； 指令计数器； 等 GS：附加段寄存器，其值为附加数据段的地址。 EDI ：变址寄存器，是内存移动和比较操作的目标地址寄存器 程序状态字(PSW)； EBP：指针寄存器，存放堆栈帧的始址； ESP: 指针寄存器，当前堆栈栈顶位置。
2.1 进程的引入
四. 与时间有关的错误
程序A n := n+1; ① 程序B print(n); ② n := 0; ③ 程序并发执行时，若共享 了公共变量，其执行结果 与各并发程序的相对速度 有关，即给定相同的初始 条件，若不加以控制，也 可能得到不同的结果，此 为与时间有关的错误。
向系统申请一个 空的PCB 结构
将PCB入就绪队列 将PCB入总链队列
N 出错
有空PCB ? Y
返回进 程pid
2
2.3 进程控制
三. 进程撤销：kill()：回收进程资源
入口
由运行指针得当前进程的pid
释放本进程所占用的资源给父进程或系统
该进程从总链队列中摘下
释放PCB结构 转进程调度
四. 进程阻塞： sleep（）
第二章 进程及进程管理
杭州电子科技大学计算机学院
目录
1. 进程的引入 1. 进程的基本概念 2. 进程控制 3. 进程同步 4. 经典进程同步问题 5. 进程通信
6. 进程调度
2.1 进程的引入
一. 前驱图
是一个有向无循环图，图中每个结点表示一个语句、一段程 序或一个进程
有向边< Vi , Vj >表示Vj仅在 Vi执行完后才能开始执行
一. 进程间的制约关系
两种可能的执行次序：
A： p1： r1 := x；r1:= r1+1；x := r1；
p2：
B：
r2:= x；r2 := r2+1； x := r2 ；
p1： r1 := x；
p2： 情况A： 情况B：
互斥方式； 同步方式： 直接通信； 间接通信。 进程间竞争临界资源 进程间相互合作
（3）进程通信：进程间的信息交换
（4）进程调度：
2.2 进程的基本概念
三. 进程控制块PCB (process control block)
1、进程的组成
程序与 数据 进程 控制块 PCB
①程序与数据
描述进程本身所应完成的功能
（2）在支持多进程的操作系统下运行
建立进程C、D；对应的程序分别是程序C、D； 由于进程C是I/O量较大的进程，而进程D是计算量较大的进程，故在 系统进程调度的控制下，两个进程并发执行。 可以看到打印机不断打印工资报表；而处理机不停地计算，最后屏幕 显示计算的结果。 1
2.2 进程的基本概念
(1) (2) (3) (4)
(a) (b) (c) (d)
解答：按(1)-(4)——(a)-(d)或者反过来： x=1,y=1,u=2; 按(1)(2)(a)(b)(3)(4)(c)(d);(1)(a)(2)-(4)(b)-(d): x=0,y=0,u=2; 按(a)(1)-(4)(b)-(d):x=1,y=1,u=2; 按(a)(1)(b)-(d)(2)-(4):x=1,y=1,u=0
进程控制原语：
（1）创建进程原语 （5）阻塞进程原语 （2）撤销进程原语 （6）唤醒进程原语
2.3 进程控制
二. 进程创建 ： create (name，priority)
创建一个具有指定标识符的进程，建立进程的PCB结构。
入口 分配必要资源，建 立相关数据结构
查PCB总链
Y 出错
有同名 ?
将相关信息填入 PCB相应项
2.2 进程的基本概念
讨论在多进程操作系统环境下程序的执行
例1：讨论3个排序程序在不同的操作系统环境中执行结果
程序A：冒泡排序算法，在屏幕的左1/3处开设窗口显示其排序过程； 程序B：堆排序算法，在屏幕的中1/3处开设窗口显示其排序过程； 程序C：快速排序算法，在屏幕的右1/3处开设窗口显示其排序过程。
一. 进程间的制约关系
1、间接制约：
相互竞争资源 （1）临界资源： 例1：两个进程A、B共享一台打印机 例2：两个进程共享一个变量x P1和P2两个进程都对共享变量x执行加1的操作：
p1： r1 := x；r1:= r1+1； x := r1 ； p2： r2:= x；r2 := r2+1； x := r2 ；
进程特征
• 独立性：是系统进行资源分配和调度的独立单位，是能独 立运行的基本单位 • 并发性：程序在建立进程后并发运行
• 异步性：进程以不可预知的速度向前推进
定义：可并发执行的程序在一个数据集合上的一 次运行过程，是系统进行资源分配和调度的一个独 立单位。
2.2 进程的基本概念
进程与程序的区别
入口
2.3 进程控制
保护进程的CPU现场到PCB结构中
置该进程为”等待”状态
将该进程PCB结构插入到等待队列中
转进程调度
五. 进程唤醒： wakeup（）
入口
2.3 进程控制
找到该等待队列
将队列首进程移出此等待队列
将该进程置为“就绪”状态， 并将PCB结构插入到就绪队列中
返回
2.4 进程之间的制约关系
2.2 进程的基本概念
二. 进程的状态及变迁
2. 进程状态变迁图
运行
等待事件 (系统服务请求， 如请求I/O)
就绪
事件发生
阻塞
思考问题：
1.在进程状态转换时，下列哪一种状态转换是不可能发生的？ A)就绪态→运行态 C)运行态→等待态 B)运行态→就绪态 D)阻塞态→运行态
2．某进程在运行过程中需要等待从磁盘上读入数据，此时该进 程的状态将（ ）。 A.从就绪变为运行 B.从运行变为就绪 C.从运行变为阻塞 D.从阻塞变为就绪
2.2 进程的基本概念
例2：讨论2个程序在不同的操作系统环境中执行结果
程序C：打印工资报表的程序；
程序D：计算1000以内所有素数并显示最后结果。
（1）在不支持多进程的操作系统下运行：顺序执行C、D
可以看到，先是打印机不停地打印工资报表，打完后，接着运行程序C ，不停地计 算，最后显示所计算的结果。