第二章 进程管理

2.3 进程同步 主要任务
对多个相关进程在执行次序上进行协调，以使 并发执行的各进程之间能有效地共享资源和相 互合作，从而使程序的执行具有可再现性
程序A N=10; 程序B N=0; print(N); 打印结果
0 0 10
执行顺序 N=10; N=0; print(N); N=0; print(N); N=10; N=0; N=10; print(N);
退出区(exit section)
置未被访问标志
对临界资源的访问： entry section critical section; exit section remainder section;
2.3 进程同步 基本概念
同步机制应遵循的规则
空闲让进 忙则等待 有限等待 让权等待
2.3 进程同步 信号量(Semaphore)机制
2.1 进程的基本概念 进程控制块
包含的信息 程序和数据地址 进程控制信息 进程同步和通信机制 资源清单 链接指针
2.1 进程的基本概念 进程控制块
组织方式
链接方式 索引方式
2.1 进程的基本概念 链接方式
执行指针 就绪队列1指针 就绪队列2指针 阻塞队列1指针 阻塞队列2指针 空闲队列指针
PCB1 PCB2 PCB3 PCB4 PCB5 PCB6 PCB7 PCB8 PCB9 PCB10 PCB11 PCB12 PCBi PCBn
挂起
就绪
挂起
阻塞
激活
激活
挂起
静止 就绪
事件发生 如I/O完成
静止 阻塞
2.1 进程的基本概念 创建状态和终止状态
创建状态
进程刚被创建时的状态 进程已经拥有PCB，但初始化工作还未完成
终止状态ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
进程执行结束后，将要退出的状态 该状态下的进程不能再被执行
2.1 进程的基本概念 创建状态和终止状态
活动空间 挂起
2.1 进程的基本概念 程序的并发执行及其特征
程序1： I1 C1
I1
P1 程序2： I2
I2 I3
C2
P2
程序3：I3
C3
P3
输入：
计算：
C1
C2
C3 时间:5个∆t
输出：
P1
P2
P3 t
t0 Δt
t1
t2
t3
t4
t5
t6
2.1 进程的基本概念 程序的并发执行及其特征
特征
间断性：程序在并发执行时，由于它们共享资源或 为完成某一项任务而合作，致使在并发程序之间存 在相互制约的关系。
记录型信号量
struct semaphore { int value; pointer_PCB L; } semaphore S； wait(S) { S.value=S.value-1; if (S.value < 0) block(S.L) } signal(S) { S.value=S.value+1; if (S.value <= 0) wakeup(S.L) }
2.2 进程控制 进程的终止
进程终止原语执行步骤
根据标识符，得到PCB 若进程为运行状态，则立即终止进程的执行，置调 度标志为真 若有子孙进程，则先终止子孙进程 回收该进程的全部资源 将PCB从所在队列中移出，进入终止状态 待一切工作完成后，收回PCB插入空闲PCB队列， 该进程消亡
2.2 进程控制 进程的阻塞
I1
P1 程序2： I2
I2
C2
I3
P2
程序3：I3
C3
P3
9个∆t 个
C1 P1 C2 P2 C3 P3
t
t3
t4
t5
t6
t7
t8
t9
t10
2.1 进程的基本概念 程序的顺序执行及其特征
特征
顺序性：处理机的操作严格按照程序所规定的顺序 执行 封闭性：程序运行时独占所有资源。程序执行得到 的最终结果由给定的初始条件决定，不受外界因素 的影响 可再现性：只要输入的初始条件相同，则无论何时 重复执行该程序都会得到相同的结果
2.1 进程的基本概念 进程的特征与定义
结构特征
进程实体（进程映像）
程序段 相关的数据段 进程控制块PCB（Process Control Block）
动态性 并发性 独立性 异步性
2.1 进程的基本概念 进程的特征与定义
定义
进程是程序的一次执行过程 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所 发生的活动 进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它是系 统进行资源分配和调度的一个独立单位 进程是进程实体的运行过程，是系统进行资源分配 和调度的一个独立单位
┅
2.2 进程控制 原语（Primitive）
由若干指令组成，用于完成一定功能的过程 原语是“原子操作”，即一个操作中的所有动 作要么全做，要么全不做 原语执行过程中不允许被中断 原语是在管态下执行的
2.2 进程控制 进程的创建
引起进程创建的事件
用户登录 作业调度 提供服务 应用请求
2.2 进程控制 进程的创建
2.1 进程的基本概念 程序的并发执行及其特征
不可再现性举例
程序A N=10; 程序B N=0; print(N); 打印结果
0 0 10
执行顺序 N=10; N=0; print(N); N=0; print(N); N=10; N=0; N=10; print(N);
必须采取某些措施来制约、控制各并发程序段 的执行
系统中某些资源一次只允许一个进程使用，称这样 的资源为临界资源或互斥资源
临界区(critical section)
进程中访问临界资源的那段代码称为临界区
程序A N=10; 程序B N=0; print(N);
2.3 进程同步 基本概念
进入区(entry section)
检查临界资源是否可以访问，置被访问标志
2.1 进程的基本概念 进程控制块
包含的信息 进程标识符 进程名 进程号 标识符信息 用户标识 用户名 用户号 家族联系 父进程 子进程
2.1 进程的基本概念 进程控制块
包含的信息 通用寄存器 处理机状态信息 指令计数器 程序状态字 用户栈指针
2.1 进程的基本概念 进程控制块
包含的信息 进程状态 进程调度信息 进程优先级 调度算法参数等 等待事件
进程挂起原语
找到需要挂起进程的PCB，从相应队列摘出 申请交换区，并将交换区地址记入PCB中 将内存空间归还系统 将状态修改为静止阻塞/静止就绪 如被挂起的进程为当前进程，则转进程调度
2.2 进程控制 进程的激活
进程激活原语
找到需要激活的进程的PCB，从相应队列摘出 将激活的进程从交换区写入内存，归还交换区 将状态修改为阻塞/就绪，PCB挂相应队列
2.3 进程同步 基本概念
两种形式的制约关系
间接相互制约关系
进程间由于共享同一互斥资源而产生的制约关系 如两个进程共享打印机
直接相互制约关系
进程间由于合作而产生的制约关系 如计算进程和打印进程 程序A N=10; 程序B N=0; print(N);
2.3 进程同步 基本概念
临界资源(critical resource)
I1 I2 I3
输入：
计算：
C1
C2
C3
输出：
P1
P2
P3 t
2.1 进程的基本概念 程序的并发执行及其特征
特征
间断性：程序在并发执行时，由于它们共享资源或 为完成某一项任务而合作，致使在并发程序之间存 在相互制约的关系。 失去封闭性：程序在并发执行时，是多个程序共享 系统中的各种资源，因而这些资源的状态将由多个 程序来改变，致使程序的运行失去了封闭性 不可再现性：程序在并发执行时，由于失去了封闭 性，也导致失去了可再现性
整型信号量
int S； //S的初值为该资源可用数目 原子操作wait(S)和signal(S) wait(S)和signal(S)，也称P、V操作 wait(S) { while(S<=0) do no-op； S=S-1； } signal(S) { S=S+1； }
2.3 进程同步 信号量(Semaphore)机制
当被阻塞进程所期待的事件出现时，由相关进 程唤醒 进程的唤醒不能由进程自己唤醒，是由其它相 关进程唤醒
由系统进程唤醒 由事件发生进程唤醒
2.2 进程控制 进程的唤醒
进程唤醒原语
将相关的阻塞进程PCB从阻塞队列摘出 将进程状态修改为就绪状态，并插入就绪队列中 调度程序进行新的调度
2.2 进程控制 进程的挂起
2.3 进程同步 信号量的应用
利用信号量实现进程互斥
semaphore mutex=1； ProcessA while (true) { wait(mutex); N=10; critical section; signal(mutex); remainder section; ProcessB while (true) { wait(mutex); N=0; critical section; print(N); signal(mutex); remainder section; }
第二章 进程管理
第二章 进程管理 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 进程的基本概念 进程控制 进程同步 经典进程的同步问题 进程通信 线程
2.1 进程的基本概念 程序的顺序执行及其特征
各程序段之间按照某种先后次序顺序执行
程序1： I1 输入： 输入： 计算： 计算： 输出： 输出： t0Δt t1 t2 C1
运行
终止
终止
创建
接纳 接纳
时间 片到
调度
等待事件发生 如等待I/O