进程管理 PPT课件

• 要解决这些问题，用程序的概念已经不能描述
程序在内存中运行的状态，必须引人新的概念 －－进程。
2.1.1前趋图
前 趋 图 (Precedence Graph) 是 一 个 有 向 无 循 环 图 ， 记 为 DAG(Directed Acyclic Graph) ，用于描述进程之间执行的前 后关系。
图中每个结点可用于描述一条语句、一个程序段或进程 结点间的有向边则表示在两结点之间存在的偏序或前趋关系 “→”，→={（ Pi ， Pj ） |Pi must complete before Pj may start } 如果（Pi，Pj）∈→，可写成 Pi→Pj；，称Pi是Pj 的直接前趋，而Pj是Pi的直接后继。 在前趋图中，没有前趋的结点称为初始结点(Initial Node) ，没有后继的结点称为终止结点(Final Node) 。
parend; Si(i=1,2,3,...,n) 表 示 n 个 语 句 （ 程 序 段），这 n 个语句用 parbegin 和 parend 括起来 表示这n个语句是可以并发执行的。这是 Dijkstra提出的。
2.1.3程序的并发执行及其特征
假设有一个程序由 S0～Sn+1个语句，
其中 S1 ～ Sn 语句是并发 执行的，程序如下： S0;
parbegin S1;S2;S3;...;SN parend; Sn+1;
2.1.3程序的并发执行及其特征
程序并发执行时的特征
1、间断性(执行—暂停—执行)
2、失去了程序的封闭性 3、不可再现性(失去封闭性引起)
例如，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。 可能出现以下三种情形：
二、程序顺序执行的特点
1.顺序性 处理机严格按照程序所规定的顺序执行，即每个操作 必须在下一个操作开始之前结束。
2.封闭性
程序一旦开始执行，其执行结果不受外界的影响。 3.可再现性 程序执行的结果与初始条件有关，而与执行时间无关。
2.1.3程序的并发执行及其特征
• 例：在系统中有n个作业，每个作业都有三个处理步骤，输入数 据、处理、输出，即Ii,Ci,Pi(i=1,2,...,n)。
程序并发执行 （定义）
• 若干个程序段同时在系统中运行，这些程序的执
行在时间上是重迭的，一个程序段的执行尚未结束，
另一个程序段的执行已经开始，即使这种重迭是很 小的，也称这几个程序段是并发执行的。
P Q R 并发执行区
2.1.3程序的并发执行及其特征
程序并发执行的描述：
parbegin
S1;S2;S3;...;SN
C1
C2
C3
C4
P1
P2
P3
P4
并发执行时的前趋图
2.1.3程序的并发执行及其特征
例如: 对于具有下列四条语句的程 序段： S1: a:=x+2; S2: b:=y+4; S3: c:=a+b; S4: d:=c+8; 其前趋图如右图。 其中S1和S2可以并发执行。
2.1.3程序的并发执行程序由若干个程序段组成，在各程序段之间， 必须按照某种先后次序顺序执行，仅当前一(程序段) 执行完后，才能执行后继操作。这种程序执行的方 式就称为程序的顺序执行。 • 例如：
I1 C1 P1 I2 C2 P2 S1 S2 S3
(a) 程序的顺序执行
(b) 三条语句的顺序执行
(1) N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之前，此时得到的N值分 别为n+1, n+1, 0。
(2) N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之后，此时得到的N值分 别为n, 0, 1。
(3) N∶=N+1在Print(N)和N∶=0之间，此时得到的N值分 别为n, n+1, 0。 结论：程序在并发执行时， 由于失去了封闭性，其计算结果 与并发程序的执行速度有关，使程序执行失去可再现性。
进程的特征与状态
• 在单道程序设计环境下，CPU被一道程序独占，CPU严格按程 序的指令顺序来执行，程序具有顺序性、封闭性和可再现性特 征。 • 在多道程序设计的环境下，系统中有多个程序同时运行。此时 的程序具有间断性、失去了程序的封闭性、不可再现性等特征。 • 程序一旦运行起来，它不但与程序本身有关，而且与它运行时 所处的运行环境有关，程序的活动不再是静态的、封闭的，而 显现出并发性、动态性以及相互制约的关系。所以用程序的概 念已经不能描述上述这些特征，于是引入进程的概念。 • 进程的概念来自于麻省理工的MULTICS、IBM的 TSS/360， 在IBM的OS/360/370系统中也曾叫过任务(task)。
2.1.1前趋图
图 2 － l 示出的前趋图，存在下面 的前趋关系： P1→P2, P1→P3 ， P1→P4 ， P2→P5 ， P3→P5 ， P4→P6, P5→P7，P6→P7 或表示为： P = {P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7} →= {(P1，P2) ， (P1， P3)， (P1， P4) ， (P2， P5) ， (P3 ， P5) ，(P4， P6) ， (P5， P7) ， (P6， P7) } 注意：前趋图中必须不存在循环。
第二章 进程管理
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 管程机制
6 进程通信 7 线程
1 进程的基本概念
• 操作系统的特性之一是并发与共享，即在系统 ( 内存 ) 中同时存在几个相互独立的程序，这些 程序在系统中既交叉地运行，又要共享系统中 的资源，这就会引起一系列的问题，包括：对 资源的竞争、运行程序之间的通信、程序之间 的合作与协同等。
I1 C1 P1 I2 C2 P2 S S2 3 S3 S 1 1→S2→S (b) 三条语句的顺序执行
(a) 程序的顺序执行
前趋图
P2
P5 P1 P3 P6 P4 P8 P9 S2 S1
P7
(a ) 具有九个结点的前趋图
S3
(b ) 具有循环的有向图
每个结点还可具有一个重量(Weight)，用于表示该结 点所含有的程序量或结点的执行时间。
•
这些作业在系统中执行时是对时间的偏序，有些操作必须在其它 操作之前执行，这是有序的，但有些操作是可以同时执行的。
I2 I3 I4
例如:I1、C1、P1的执行必须 I1 严格按照I1，C1，P1的顺序， 而P1与I2，C1与I2,I3与P1是 可以同时执行的。 图中存在下面的前趋关系： Ii→Ci, Ii→Ii ＋ 1, Ci→Pi, Ci→Ci＋1, Pi→Pi＋1 而Ii＋1和Ci及Pi－1是重迭的 ， 它们可以并发执行。