第3章 进程的描述与控制

3．1．2 程序并发执行
程序的并发执行示意图：
I1
…..
C1
…..
P1
…..
3．1．2 程序并发执行
程序并发执行时的特征： 间断性：并发执行的程序，由于相互之间的依赖和制约关 系，将不是连续执行而是处于“执行―暂停―再执行”的 活动规律中，即它有时处于执行状态，有时又由于某种原 因而暂停执行，当这种原因消失又恢复至执行状态。因此， 程序中前一个动作的结束并不一定意味着后一个动作的开 始，程序的执行失去连续性而呈现出间断性特征。 失去封闭性：程序在并发执行时，多道程序共享系统的各 类资源，由于资源数量有限，必然导致并发程序对资源的 竞争从而改变程序执行的速度。这样，每个程序的执行都 会受到其它程序的影响，并发程序的执行结果与其执行的 相对速度有关，程序的的并发执行，仅用程序的概念来描述 程序的执行是不准确的。为此，人们引入了“进程” 的概念来描述程序的执行。
进程引入是为了更好地描述程序并发执行的动态特征
3．2．1 进程定义
“进程是一个具有一定独立功能的程序关于某 个数据集合的一次运行活动，进程是系统进行资源 分配和调度的一个独立单位。”（1978年全国操作 系统会议）。 • 把编译程序P，与服务对象联系起来，P为甲服务就说构 成进程P甲，P为乙服务则构成进程P乙。两个进程虽共 享程序P，但它们可同时执行且彼此按各自的速度独立 执行。可见程序与计算(程序的执行)不再一一对应
3．2．3 进程与程序的区别
进程的结构性：进程与程序的组成结构不同。进程 的组成包含程序、数据和进程控制块，这些不仅记 录了进程的执行内容，同时也包含了进程的执行状 态信息。而程序是由算法策略、指令语句及执行数 据构成，其中主要描述的是执行逻辑问题，并不包 含程序执行中的过程问题。
3．2．4 进程控制块
3．1．2 程序并发执行
“可再入”的概念：所谓“可再入程序”是 指能被多个程序同时调用的程序。它具有以 下性质：它是纯代码的，即它在执行过程中 不改变自身代码，通常由指令和常量等程序 逻辑中的不变部分组成；调用它的各程序应 提供工作区，用以存放随着程序执行将发生 变化的部分。显然，由于可再入程序的纯代 码特征，它可以被多个程序以交替方式执行 而不会发生执行错误。
3．1．2 程序并发执行
程序的并发执行：指在逻辑上相互独立的一组程序 在执行时间上的相互重叠，即一个程序段的执行尚 未结束，另一程序段的执行已经开始。 程序并发执行的条件： 从硬件角度：中断机构的设立使得多种硬件部件 能同时操作，即硬件具有了并行操作能力，而通 道技术的出现则使处理器与输入输出设备之间可 以并行工作。 从操作系统角度：多道程序设计技术的引入，使 得内存中可同时驻留一道以上的程序，它们同时 活动在不同硬件部件上，硬件的并行性能得到进 一步发挥。
3．2．2 进程特性
结构性：操作系统为方便对进程的管理和控制，操
作系统必须为每个进程建立一个进程控制块 （Process Control Block，PCB），用以描述进程 的控制和管理信息。这样，从结构上看，进程实体 就由程序、数据及进程控制块三部分组成。其中， 进程的程序部分描述进程所要完成的功能，而数据 结构集是进程在执行时必不可少的工作区和操作对 象，这两部分是进程完成所需功能的物质基础。进 程控制块是系统为实施对进程的有效管理和控制所 创建的系统数据结构。
第3章 进程的描述与控制
引言 3．1 程序执行方式 3．2 进程描述 3．3进程状态 3．4 进程控制 3．5 线程 3．6 Linux进程管理 3．7 Windows的进程管理
引言
进程是操作系统中最重要的概念之一，简单地说， 进程就是程序的执行过程。具体的说，进程是系统进 行资源分配的基本单位，同时也是处理器调度和运行 的基本单位。现代操作系统的四大特征均基于进程而 形成。因此，进程是操作系统中最基本、最重要的概 念。
3．2．3 进程与程序的区别
进程的动态性：进程是动态的，而程序是静态的。 程序是代码的集合。进程是程序的执行过程，即使 对于同一段程序来讲，由于执行环境的改变，执行 参数的调整，都会产生不同的进程。 进程的暂时性：进程是暂时的，而程序是永久的。 进程是一个程序执行中状态变化的过程，它会随着 系统需要而生成，也会随着任务完成而结束，但程 序是可以长久保存下来的。
3．2．2 进程特性
动态性 并发性
独立性
异步性
结构性
3．2．2 进程特性
动态性：（1）强调：是一个程序的一次执行过程 （2）有一定生命期：创建 执行 暂停 消亡 （3）在不同状态之间转换 动态性是进程的最基本特征，它是程序执行过程，它 是有一定的生命期。它由创建而产生、由调度而执行， 因得不到资源而暂仃，并由撤消而死亡。而程序是静态 的，它是存放在介质上（外存、软盘、光盘）一组有序 指令的集合，无运动的含义。 一个程序----多个进程。
3．1．2 程序并发执行
【分析】由于观察者和报告者各自独立地并发工作， 所以n++操作既可以在报告者的print(n)和n=0操作之前， 也可以在其后，还可以在print(n)和n=0之间，假设在 开始某个循环之前n的值为m，即可能出现以下三种执行 序列
1．n++；print(n)；n=0。此时得到的n值分别是m+1，m+1，0。 2．print(n)；n=0；n++。此时得到的n值分别是m， 0，1。 3．print(n)；n++；n=0。此时得到的n值分别是m，m+1，0。
3．1．1 程序顺序执行
程序的顺序执行：各道程序顺序进入内存，只有前 一道程序运行结束退出内存，后一道程序方可进入 内存运行。 程序顺序执行示意图：（例一般的计算程序）
I1
C1
P1
I2
C2
P2
…
前趋图
3．1．1 程序顺序执行
程序顺序执行时的特征： 顺序性：程序的执行总是按照程序结构所指定的 次序顺序连续进行。只有前一个操作结束才能执 行后继操作。除了人为干预造成机器暂停之外， 否则，前一个操作的结束就意味着后一个操作的 开始。 封闭性：封闭性包含两方面含义： 资源封闭性：程序在执行期间，全部系统资 源为该程序所独占，除了资源的初始状态由 操作系统设定之外，程序一旦进入系统，则 资源的状态不受外界因素影响，完全由该程 序所控制，只有该程序才能改变它。
3．2．4 进程控制块
3．2．4 进程控制块
处理器状态信息： 处理器状态信息由处理器的各种寄存器中的内容组 成，当处理器被中断时，所有这些信息被保存在PCB中 通用寄存器：这里指用户可以使用的数据或地址寄存 器，一般有几十个，甚至上百个。 指令计数器：其中存放要访问的下一条指令地址。 程序状态字PSW：存放进程执行时所需的状态信息， 如条件码、执行方式、中断屏蔽标志等。 栈指针：每个用户进程有一个或若干个与之相关的系 统栈，栈中保存了过程调用、系统调用的参数及调用 地址以及中断时的现场信息。栈指针指向该栈的栈顶。
“可再入” 程序举例(1)
• 编译程序P编译源程序甲，从A点开 始工作，执行到B点时需将信息记 到磁盘上，且程序P在B点等待磁盘 传输。 • 为提高系统效率，利用编译程序的 “可再入”性，让编译程序P再为 源程序乙进行编译，仍从A点开始 工作。
“可再入” 程序举例(2)
编译程序P
A
(P的入口, 处理源程 序乙)
3．1．2 程序并发执行
int n=0; void observer(void) { while(1) { … n++; remainder of observer; } }
3．1．2 程序并发执行
void reporter (void) { while(1) { … print(n); n=0; remainder of reporter } } void main ( ) { parbegin(observer( ),reporter( )); }
源程 序甲
源程 序乙
B
(P 把 源 程 序 甲 的信息记盘等 磁盘完成)
“可再入” 程序举例(3)
• 现在怎样来描述编译程序P的状态呢? • 称它为在B点等待磁盘传输状态，还是称它 为正在从A点开始执行的状态?
3．1．2 程序并发执行
程序与程序执行失去一一对应的关系：在多 道程序系统中，编译程序常是“可再入程 序”，因此它可以同时编译若干个源程序。 由此可见，程序和程序和执行失去了一一对 应的关系。
3．1程序执行方式
程序的执行方式分为顺序执行方式和并发执行 方式两种。在早期的系统中，只有当一个程序执行完 后，另一个程序才可执行，这是程序的顺序执行方式； 而在多道程序环境下，多个程序同时进入内存，程序 的执行方式是并发执行方式。程序的这两种执行方式 有着明显的不同。正是程序并发执行的原因，引入了 进程的概念。
PCB 块包含的信息
进程标识信息 处理机状态信息
进程调度信息 进程控制信息
3．2．4 进程控制块
进程标识符信息： 外部标识符：由创建者提供，通常是由字母、 数字所组成，往往是由用户（进程）命名并 在访问该进程时使用。外部标识符便于记忆， 如计算进程、打印进程、发送进程、接收进 程等。 内部标识符：这是为了方便系统使用而设臵 的。在所有操作系统中，都为每一个进程赋 予一个唯一的整数，作为内部标识符。它通 常就是一个进程的序号。
3．1．1 程序顺序执行
结果封闭性：程序的执行结果与执行速度无 关。换言之，程序无论是从头到尾不停顿地 执行，还是断断续续地间断执行，其最终结 果都是唯一确定的。 可再现性：只要程序执行时的环境和初始条件相 同，当程序多次重复执行时，无论它是从头到尾 不停顿地执行，还是“停停走走”地执行，都将 获得相同的结果。如程序中存在错误，则错误也 能够再现。 程序顺序执行时的特性，将为程序员检测和校正程序 的错误，带来极大的方便