操作系统第三版第二章PPT共171页

DHU 白恩健
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操操作作系系统统课讲程义讲义
为了保证在平分CPU时间的进程之间能够正确执行， 必须在内存中开辟一个区域，将这些通用寄存器的 值和被中断地点的地址保存起来，已备再用。对于 这个区域，可用一个数据结构描述，它存放了对程 序的控制信息，包括：程序的起始地址、程序的断 点地址、通用寄存器的内容、程序的当前状态。 把 这个数据结构与对应的程序一起，命名为进程，这 个记录程序控制信息的数据结构称之为进程控制块。
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程序的并发执行
并发执行是指若干个程序(或程序段) 在一个处理 器上的交替执行，这种交替执行在宏观上表现为 同时执行。目的是为了提高资源利用率。 例3：一个程序由三个程序段组成：输入数据(I)、 计算(C)和结果打印(P)。四个相同类型程序并发执 行：
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多个程序并发执行轮流占有CPU，这种情况下，被 中断的程序如果不把中断点的地址保存下来，不把 通用寄存器的内容保存下来，下次再轮到它执行时， 便不能保证能够从曾被中断的地方继续执行。即便 是从曾被中断的地方继续执行，也不能保证其结果 是正确的。因为在它被中断期间，已有别的程序在 执行，可能已经对通用寄存器的内容进行了变更。
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第二章 进程管理
本章主要讨论进程的基本概念，进程的描述和进程 控制，并引入了线程的基本概念。 学习要点: (1) 掌握进程的定义及特征 (2) 深入领会进程状态及引起状态变化的典型原因 (3) 掌握进程同步与互斥 (4) 能够灵活运用信号量描述同步问题
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➢ 封闭性
独占全部资源，计算机的状态只由该程序的控制 逻辑所决定。
➢ 可再现性
初始条件相同则结果相同。
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对于编程人员讲，某个程序能够由计算机执行，需 满足两个条件：将程序放入内存并将该程序的地址 送入计数器PC。CPU的执行轨迹完全取决于程序 计数器PC的内容是什么，即CPU要知道到内存何 处去取指令。因此，只要想办法把程序存入内存， 记下该程序的起始地址，并把该起始地址存入程序 计数器PC，则CPU就可以执行该程序了，这就是 单道程序执行的基本原理。
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(a)程 序 的 顺 序 执 行
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例2：语句执行顺序 S1: a∶=x+y; S2: b∶=a-5; S3: c∶=b+1;
S1
S2
S3
(b) 三条语句的顺序执行
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顺序执行的特征：
➢ 顺序性
按照程序结构所指定的次序(可能有分支或循环)
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1) R(i)∩W(j)=Φ
2) W(i)∩R(j)=Φ
3) W(i)∩W(j)=Φ 前两个条件保证一个程序在两次读操作之间存储器 中的数据不会发生变化；第三个条件保证程序的写 操作的结果不会丢失。同时满足三个条件，并发执 行的程序就可保持封闭性和可再现性。实际中很难 检查这三个条件。
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当多个程序顺序执行时，则需要将几个程序都放到 内存中，然后将第一个被执行程序的起始地址放入 PC中，这样CPU便可执行第一个程序。第一个程 序完成后，再把第二个程序的起始地址放入PC中， 可以执行第二个程序，……依次顺序下去，直到所 有程序都被执行一次。这就是多个程序顺序执行的 方式。
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进程的定义与特征
多道程序设计技术、分时系统要求能够描述程序 的动态特性，需要引入新概念。 描述性定义：计算机中的所有程序，按照某种顺 序运行，这种运行的过程称为进程。 ➢ 定义：进程是一个具有一定独立功能的程序在 一个数据集合上的一次动态执行过程。是系统进 行资源分配与调度的一个独立单位。
➢ 间断性
“走走停停”，一个程序可能走到中途停下来，失去原有的 时序关系。
➢ 失去封闭性
共享资源，受其他程序的控制逻辑的影响。
如：一个程序写到存储器中的数据可能被另一个程序修改， 失去原有的不变特征。
➢ 不可再现性
失去封闭性 －>失去可再现性
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例5：有两个循环程序A和B，它们共享一个变量N。程序 A每执行一次时，都要做N∶=N+1操作；程序B每执行一 次时， 都要执行Print(N)操作，然后再将N置成“0”。程 序A和B以不同的速度运行。
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I1
I2
I3
I4
C1
C2
C3
C4
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P1
P2
P3
P4
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例4 S1: a∶=x+2 S2: b∶=y+4 S3: c∶=a+b S4: d∶=c+b
S1
S3
S4
S2
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并发执行的特征：
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程序的顺序执行
一个复杂程序通常可以分为若干程序段，并且必 须按照某种先后次序来执行。
例1：一个程序由三个程序段组成：输入数据(I)、 计算(C)和结果打印(P)。两个相同类型程序顺序执 行：
I1
C1
P1
I2
C2
的处理结果。为此程序在并发执行时必须保持封闭
性和可再现性。并发执行失去封闭性的原因是共享
资源的影响，如何去掉这些影响？
1966年，Bernstein给出了程序并发执行的条件，假
设程序P(i)所访问的共享变量的读集和写集分别为
R(i)和W(i)，则任意两个程序P(i)和P(j)并发的 条
件：
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第二章 进程管理
❖ 进程的基本概念
❖ 进程控制
❖ 进程同步
❖ 经典进程同步问题
❖ 管程机制
❖ 进程通信
❖ 线程
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进程的基本概念
前驱图
定义：一个有向无循环图，由节点和节点间的有 向边组成。节点代表各程序段操作，而节点间的 有向边表示两程序段操作之间的前驱关系。
(1) N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之前，此时得到的N 值分别为？
(2) N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之后，此时得到的N 值分别为？
(3) N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之间，此时得到的N 值分别为？
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பைடு நூலகம்
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程序执行是为了对输入信息进行处理，并得到相应