第3章 进程管理

说明了某些程序段必须在其它程序段之前完成， 此外从图中可以看出： I2和C1;I3和C2和P1;I4和C3和P2;是重叠的。 程序的并发执行： 指两个以上的程序要么同时，要么相互穿插地执行，它们在执行的时间 上是重叠的。 2. 资源共享
所谓资源共享是指系统中的硬件资源和软件资源不再为单个用户程序
2. 细分的进程调度状态
超过时限 低优先 运行 5 00 ms 级就绪 运行 缺页 因页面 阻 塞
s
运 行
运 10 0 行 ms
50 m
中优先 级就绪
I/O 完 成
因盘带 阻 塞
高优先 级就绪
I/O 完 成 I/O 完成
因 I/O 阻 塞
事件到达 活跃 就绪 活跃 阻塞
度 完 调 用 片 间 时
配和调度的一个独立单位。
（5）进程是进程实体的一次活动。
我国1978年在庐山召开的全国OS研讨会 上将“进程”定义为：
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。
一个程序为实现不同的任务可以同 时 有多次运行活动，每个运行活动分 别 作为不同的进程
3、系统化定义：
具有特定功能的程序段关于某个数据集合在处理机上的一次动态执ຫໍສະໝຸດ 3.2.2 进程的调度状态
1. 进程的基本调度状态 （1） 就绪状态。
调 度
运行
I/O 求 请 时 间 片 用 完
（2）运行状态。 （3）阻塞状态。
就绪 I/O 完成
阻塞
运行状态：获得资源正在处理机上运行的进程；
就绪状态：获得了除处理机之外的所有资源，一旦得
到处理机即可运行。
阻塞状态：运行中的进程因等待某一事件而停止运行。
observer begin L1；…… observe next car; count∶=count+1; go to L1 end reporter begin L2: …… print count; count∶=0 go to l2 end coend end
操作系统原理
The Principle of Operating System 西安石油大学计算机学院
操作系统原理课程组
Xi’an ShiYou University School of Computer Science September 2015
第三章 进程管理
学习要点
■ 进程概念---------------------------------------基础
■程序的执行结果与其执行速度无关。 上述三点概述为封闭性和可再现行。
3.1.2 程序的并发执行和资源共享
1.程序的并发执行
i1
c1
p1
i2
c2
p2
i3
c3
p3
t
t
t
t
t
理论上执行时间缩短为5 t 。 在该例中 I1先于C1和I2; C1先于P1和C2; P1先于P2;
I2先于C2和I3……。
（5）进程资源清单：
（6）进程优先级： （7）进程同步与通信机制：
（8）进程所在PCB的链接字 ：
（9）与进程有关的其他信息：
③ 进程的组成

（1）程序：完成特定功能的指令序列； （2）数据：程序执行时所用到的数据集； 以上是进程存在的物质基础，即进程的实体。

（3）进程控制块（PCB）：进程的标识和存在的标志。
2．定理
如果两个程序P1和P2满足下述条件，它们便能并 发执行，否则不能。
(P1)∩W(P2)∪R(P2)∩W(P1)∪W(P1)∩W(P2)={}
即当两个程序的读集与写集的交集以及写集与写集的 交集都为空集时，它们可以并发执行，否则不行。该定理 是程序并发执行的条件，是 Bernstein 在 1966 年提出的，故 称Bernstein条件。
它是进程实体的一部分，是进程存在的唯一标志，也是操作系统中最重
要的结构体类型的数据结构。

PCB中存放着操作系统所需的用于描述进程的当前情况以及控制进程运
行的全部信息。
①．PCB的作用

标识进程的存在：系统创建进程时，就为之创建一个PCB；进程
结束时，系统又回收其PCB，进程便随之消亡。

为系统提供可并发执行的独立单位：PCB使一个在多道程序环
概念；而机器执行程序的活动是指指令序列在处理机上的执行过程，或处理机按
照程序执行指令序列的过程。 通常把机器执行程序的活动， 称为“计算”。 3. 并发程序间的相互制约 资源共享和程序的并发执行(或称并发活动)使得系统的工作情况变得相当错综 复杂，尤其表现在系统中并发程序间的相互依赖和制约方面。 两种制约方式： ① 直接制约：有逻辑关系的两个并发程序因一个等待另一个的结果； ② 间接制约：由竞争使用同一资源而引起，得到者运行，得不到者等待。



3.2 进程的表示和调度状态
3.2.1 进程的表示
1. 进程的组成
PCB 程序 程序 PCB 共 享 程序段
数据
数据
(a )
(b )
图 3.3 进程的表示
2、进程控制块——PCB
(Process Control Block)

PCB是系统为了描述和控制进程的运行而为进程定义的一种数据结构，
由于观察者和报告者各自独立地并行工作， count∶=count+1 的 操作，既可以在报告者的print count和count∶=0 操作之前，也可以 在其后，还可以在print count和count∶=0 之间。即可能出现以下三 种执行序列： ■ count∶=count+1; print count; count∶=0; ■ print count; count∶=0; count∶=count+1; ■ print count; count∶=count+1, count∶=0。
挂 起
等 待 事 件
挂 起
激 活
运行
创建
静止 就绪
挂 起
静止 阻塞
激 活 活 跃 静 止
事件到达
3.3 进 程 的 控 制 3.3.1 进程的控制机构
1．操作系统的内核
通常将一些与硬件密切相关的模块，例如，中断处理程序、各 种常用设备的驱动程序，以及运行频率较高的模块等安排在紧靠硬件 的软件层中，并将它们常驻内存，以提高操作系统运行效率，并对它
作，要么全不作。
即：原子操作是不可分割的，它是机器指令的延伸。
现代操作系统常采用屏蔽中断的方法来保证原语在执行时的 不可分割性，这种原子性对于解决进程同步互斥问题是非常 重要的。
（2）进程管理
进程管理的全部或大部分功能都在内核中，这主要是因为这些功能模
块的运行频率较高，例如，进程调度与分派、进程的创建、进程的撤 消等，或是因为它们为多种功能模块所调用，例如，实现进程的同步
设有观察者和报告者并行工作。在一条单向行驶的公路上经常有卡 车通过。观察者不断观察并对通过的卡车计数。报告者定时地将观察者
的计数值打印出来，然后将计数器重新清“0”。此时我们可以写出如下
程序，其中Cobegin和Coend表示它们之间的程序可以并发执行。 begin count∶integer; count∶=0; cobegin
们加以特殊的保护。上述这一部分程序称为操作系统内核。
操作系统的内核是计算机硬件扩充的第一层软件，是在核心态运 行的操作系统程序。


2．内核中与进程控制有关的机构
（1）原语操作： 原语本身是由若干条指令构成、用于完成特定功能的一个过程。 原子操作：一个操作中的所有动作，与一般过程的区别：要么全
■ 进程的表示和调度-------------------------------平台
■ 进程控制---------------------------------------核心 ■ 进程通讯---------------------------------------载体 ■ 死锁-------------------------------------------结果
和进程通信的原语等。此外，内核中的进程管理，还需要管理好进程
假设在开始某个循环之前，count的值为n，则在完成一个循环后，对上述 三个执行序列打印机打印的count值和执行后的count值如下表所示： 其中前两个未丢失信息，而第三个丢失了信息。
执行序列 打印的值 执行后的值
(1)
(2)
(3)
n+1
0
n
1
n
0
2. 程序和机器执行程序的活动不再一一对应 程序和机器执行程序的活动是两个概念。程序是指令的有序集合，是静态的
学习重点
■ 进程的概念和组成 ■ 进程调度 ■ 原语及进程控制
■ 进程的同步与互斥
■ 死锁对策 熟悉进程概念，了解进程组成，掌握调度算法，熟练死锁处理。
3.1 为什么要引入进程的概念
3.1.1 从顺序程序设计谈起
结构化程序有三种基本结构 ： 顺序结构 分支结构 循环结构
i1 c1 p1 i2 c2 p2 i3 c3 p3
所独占， 而由几道用户程序共同使用。 程序并发执行和资源共享之间互为依存条件。一方面， 资源共享是以
程序并发执行为条件的，因为若系统不允许程序并发，也就不存在资源共
享问题；另一方面，若系统不能对共享资源进行有效的管理，也就降低了 程序并发执行的效果。
3.1.3 程序并发执行的特性
1. 失去了程序的封闭性
境下不能独立运行的程序成为一个能独立运行的基本单位，一个能与 其他进程并发执行的进程。没有为之建立PCB的程序是不能并发执行 的。

为系统控制和管理进程提供所需的一切信息。
②PCB中的信息