操作系统简明教程第2章2

原语操作包括涉及CPU管理，存储管理，设备 管理，文件管理的各种基本操作。
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• 2.2.2 进程控制 1．进程控制功能
进程控制是操作系统内核中的组成部分。 在操作系统中有两类进程：系统进程和用 户进程。由进程控制对系统中所有进程实 施有效地管理。进程控制主要完成创建进 程、撤消进程以及实现进程状态之间的转 换等工作。
N
Y 静止就绪→活动就绪
n为 静 止 阻 塞 ？ Y
静止阻塞→活动阻塞
N 出错处理
激活进程优先级 较运行进程高?
Y 中 断 C P U， 暂 停 执 行 并 保 留 C P U现 场
N 返回
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进程调度程序入口
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阻塞状态：进程因某等待事件发生（例如I/O请求、某
些原语操作等）而处于暂停执行的状态，此时即使将 CPU分配给它，它的程序也无法执行。在系统中，将 处于阻塞状态的进程的PCB表排成一个队列，或因阻 塞原因不同而将进程的PCB表排在不同的队列中，这 些队列称为阻塞队列。
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调 度
创建
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3) 阻塞原语的实现过程
找 出 执 行 进 程 的 P C B表
中 断 C P U， 暂 停 执 行 , 保 存 C P U现 场
将执行进程置为阻塞状态
将 P C B插 入 该 事 件 阻 塞 队 列
进程调度程序人口
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4．唤醒原语 wakeup（） 1) 功能 将唤醒进程的PCB表从阻塞队列移出，置 为就绪状态，插入就绪队列，准备接受进程调 度程序的下一次调度。
源分配严格。是一种常用的管理与控制进 程的方式。
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
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• 2.2.3 进程控制原语 1．创建原语 create()
1) 功能 2) 引起创建的事件
在采用进程家族制的系统中，进程一般由父进程创建. 引起创建的事件如下：
当终端用户登录时，由终端子进程创建用户进程； 批处理系统中，作业调度程序为选出的作业创建进程
；
系统为合法用户建立服务进程； 进程运行时可以创建子进程来协同完成任务。
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3) 创建原语的实现过程
创建原语需要一些参数，如进程外部标识 符、CPU初始状态S0、初始内存区M0、所 需资源R0、优先级K0等。
在 P C B表 区 索 取 一 张 空 表
申请内存；调入程序和数据； 分配其它必要资源
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2．操作系统内核
1) 内核定义
裸机?
操作系统是在裸机上添加多层软件形成的。
通常将与硬件紧密相关的部分，如中断处 理程序、设备驱动程序及进程从创建到撤消 包括进程状态变迁中用到的公共操作等集中 在一起，常驻内存，作为裸机上添加的第一 层软件，叫做内核。
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2) 内核功能
N n为 阻 塞 ？
Y
Y
N
撤 消 n的 子 孙 进 程
出错处理
归 还 资 源 (系 统 、 父 进 程 ）
将 PCB表 移 出 所 在 队 列 归还给系统
调 度 标 志 为 真? N
Y
2020/6/27进 程 调 度 程 序 入 口
返回
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3．阻塞原语 block（）
1) 功能 处于执行状态的进程自身被阻塞。阻塞原
进程调度程序入口
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返回
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6.激活原语 active（）
1) 功能 静止就绪→活动就绪 静止阻塞→活动阻塞
2)激活对象 激活一个具有指定标识符的进程 父进程激活子进程
3)实现过程
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找 出 激 活 进 程 n 的 P C B表
激活对象在外存?
Y
N
由外存调入内存
n为 静 止 就 绪 ?
表排成一个队列，或按照某种规则排在不同的队列中
，这些队列称为就绪队列。
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执行状态：进程已经获得必要的资源及CPU，它的程
序正在执行中，这时进程的状态称为执行状态。在多 处理机系统中，可以有多个进程处于执行状态。在单 处理机系统中，只能有一个进程处于执行状态，系统 应尽量保证一个CPU上总有一个处于执行状态的进程 ，使CPU得到充分的利用。
以避免进程被挂起而其子孙进程仍在活动而带来的问题
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3) 实现过程
找出挂起进程 n的PCB表
取 P C B表中的进程状态
N
n是执行状态？
n为活动就绪？
Y
中断 C P U，暂停执 行并保留 CPU现场
Y 活动就绪→静止就绪
执行状态→静止就绪
N
n为活动阻塞？ Y
活动阻塞→静止阻塞
N 出错处理
执行结束
执行
撤销
分配有 关资源
就绪
阻塞
唤醒
四种状态变迁
就绪→执行
执行→就绪
执行→阻塞
阻塞→就绪
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2) 进程的活动与静止状态 进程挂起? 静止状态? 目的? 激活?
执行 活动就绪
活动阻塞
又增加了下面六种情况
活动就绪→静止就绪 活动阻塞→静止阻塞 静止阻塞→静止就绪 静止就绪→活动就绪 插 入 就 绪 队 列
返回
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5．挂起原语 suspend（）
1) 功能 活动就绪→静止就绪 活动阻塞→静止阻塞
执行→静止就绪
2) 挂起对象与挂起方式 挂起对象：
进程请求挂起自身； 父进程挂起子进程。
挂起方式如下： 挂起一个具有指定标识符的进程； 挂起某个进程及其所有子孙进程。采用这种挂起方式可
语能够暂时剥夺执行进程使用CPU的权力， 将其置为阻塞状态并插入阻塞队列，引起进程 调度。
2) 引起阻塞的典型事件
进程请求I/O服务，无论获得I/O服务与否， 通常都要暂时放弃CPU；
某些原语操作，如P操作等可能引起进程阻 塞；
某些系统进程工作时占用CPU，无事可做时 ，则调用阻塞原语将自己阻塞。
初 始 化 P C B表
将 P C B表 插 入 就 绪 队 列
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返回
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2．撤消原语 destroy（）
1) 功能
策略有两种：
一种是撤消一个具有指定标识符的进程，
另一种是撤消一个进程及其所有子孙进程，以防止 形成不可控制的孤儿进程。为了更好地保证系统的 安全，通常使用后者。
2) 撤消进程的典型事件 进程完成任务，正常结束时被撤消； 进程运行出现故障及错误时，被迫终止运行而被撤
2) 唤醒进程的典型事件 进程请求的I/O操作完成； 某些原语操作，如V操作等可以解封阻塞进程 某些系统进程有事可做时，用唤醒原语将其唤
醒。
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3) 唤醒原语的实现过程
找 出 唤 醒 进 程 的 P C B表
将 P C B表 从 阻 塞 队 列 移 出
将 进 程 P C B表 中 状 态 置 为 就 绪
静止就绪
静止阻塞
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• 2.2 OS内核及进程控制
• 2.2.1 OS内核
1．处理机的执行状态
核心态：由设备中断、异常、自陷、信号（即软中 断）等进入，这种状态具有较高的特权，允许使用 全部机器资源与机器指令，是操作系统程序执行时 的状态。
用户态：处理机在这种状态下只能使用指定的机器 指令，不能使用如I/O、改变机器状态、修改存储保 护等指令，并且只允许访问用户自己的存储区，是 用户程序执行时的状态。
消； 进程运行时因外界干预而撤消，如系统发生死锁时
需要撤消一些进程、父进程撤消子进程等。
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3) 撤消原语的实现过程 找 出 撤 消 进 程 n 的 P C B表
参数为撤消进程的标识符n
n是 执 行 状 态 ？
Y
中 断 C P U, 停 止 执 行 置重新调度标志为真
N n为 就 绪 ？
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2．进程控制方式 管理程序负责制、进程家族制 1) 管理程序负责制
当作业进入系统时，由管理程序为其创 建进程、运行进程，直至完成任务予以撤消 。管理程序负责制的特点是进程之间关系平 等，由管理程序统一管理。
管理程序
…
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2）进程家族制 父进程、子进程 特点是层次清晰、进程控制灵活、资
3.进程的状态及其变迁
1) 进程的基本状态及其变迁 进程有三个基本状态：就绪状态、执行状态与阻塞状态。 进程在运行过程中必处于这三个基本状态之一。
执行
就绪
阻塞
就绪状态：进程获得必要资源，例如内存等，已经具备
了执行条件，只是没有空闲的CPU，处于等待CPU的
状态。在系统中，将处于就绪状态的多个进程的PCB
内核主要是为进程创造一个适宜的运行环境 。内核完成中断处理、进程控制、进程通信 、进程调度等操作及内存的分配与回收和设 备的驱动等。这些功能通常用原语来实现。
3) 原语
原语是完成特定功能的程序段，是不可分割的 原子操作(即操作时要屏蔽中断)。
系统中有各种不同的原语，如进程控制的原语 、进程通信的原语等。