进程描述

特别注意：进行输入输出操作时进程处于“阻塞”状态
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进程的概念
考考你：
1．如果某单处理系统中有N个进程，运行的进程最多几个， 最少几个；就绪进程最多几个最少几个；等待进程最多几个， 最少几个？ 2. 有没有这样的状态转换，为什么？ （1） 等待—运行； （2） 就绪—等待
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进程的概念
进程五态模型及其转换
进程的概念
程序整体失去了顺序性，
程序的并发执谁到得资行到 源的资 就源 等特谁 待资征执源行变，成得了不共享，在程序
间断性：程序在并发执行时，的由执于行共过享程资中源，，资或源者的需种要相互合作，致
使相互间产生了制约关系，呈类“和走数走量停都停在”动的态间变断化执行特征。
失去封闭性：程序并发执行时的系统环境（主要指各程序所共享的系
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进程的概念
进程的特征
动态性：进程的实质是程序的一次执行过程，进程是动态 产生，动态消亡的。
并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行 独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系
统分配资源和调度的独立单位； 异步性：由于进程间的相互制约，使进程具有执行的间断
性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进 结构特征：进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。
统资源的状态）是由多个程序来改变的，因而失去了封闭性。
不可再现性：程序在并发执行时的结果与其执行速度等有关，从而不
可再现。
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进程的概念
进程的概念
多道程序在执行时，需要共享系统资源，从而导致各程序在
执行过程中出现相互制约的关系，程序的执行表现出间断性 的特征。这些特征都是在程序的执行过程中发生的，是动态 的过程，而传统的程序本身是一组指令的集合，是一个静态 的概念，无法描述程序在内存中的执行情况，即我们无法从 程序的字面上看出它何时执行，何时停顿，也无法看出它与 其它执行程序的关系，因此，程序这个静态概念已不能如实 反映程序并发执行过程的特征。
念。而进程是程序在处理机上的一次执行过程，它是一个动态的概念。 程序可以作为一种软件资料长期存在，而进程是有一定生命期的。程序 是永久的，进程是暂时的。
② 引入进程后，进程是系统进行资源分配的独立单位，而程序不再是。 ③ 进程具有创建其他进程的功能，而程序没有。同时引入进程后，进程变
成了系统进行处理机调度的独立单位，它可以和其他的进程并发执行。
也就是说，I1、C1、P1的执行必须严格按照I1， C1，P1的顺序， I2、C2、P2的执行也必须严格 按照I2，C2，P2的顺序，而C1与I2， P1与C2 、 I3是可以同时执行的。
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讨论
(1) 哪些程序段的执行必须是顺序的？为什么？ (2) 哪些程序段的执行可以是并行的？为什么?
并发性：程序之间 顺序性：程序之内
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ห้องสมุดไป่ตู้
进程的概念
思考：进程与程序有什么区别和联系？
程序 输入 运行 输出
阅读菜谱 准备原料 烹制菜肴
饭菜
做饭进程
主妇
分时切换
阅读洗衣机手册 准备衣服、洗衣粉 设定参数，洗衣服
干净衣服
洗衣进程
程序 输入 运行 输出
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进程的概念
进程与程序的关系
① 程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含义，是一个静态的概
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例1 （结果不唯一）购买飞机票问题。
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例1 （结果不唯一）购买飞机票问题。
由一于个T计1算和机T2系是统两中个运可行同，时共执享行A的j，并因发此进，程可，能它出们现在如同 下所示的运行情况。 作为并发多道程序，其有三个特点：
①多道 ②宏观上并行 ③微观上串行
微观上串行的含义是多道程序轮流和分时的占有处理 机，交替执行。 当这个交替执行交替的不巧的时候，就会产生与时间 有关的错误。
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例：讨论单道系统的工作情况
用户作业的处理，通常分为如下三段：
① 首先输入用户的程序和数据 ② 然后进行计算 ③ 最后打印计算结果
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图中有两点需要注意：
例：讨1执论.顺行序也单性是：道有作次系业序整的统体。有的顺序工，作作业情内部况的
2.任何一个结点有且最多只有一个直接前
这三个趋结顺点序，任执何行一的个结操点作有且分最别多设只有为一— I：输入个操直作接后C继：结点计。算操作 P：输出操作
为了深刻描述程序动态执行过程的性质，人们引入“进程
（Process）”概念。 29
进程的概念
进程的概念是60年代初首先由麻省理工学院的MULTICS系统和IBM公司的 CTSS/360系统引入的。 进程是一个具有独立功能的程序关于某个数据集合的一次运行活动，是 系统进行资源分配和调度的一个独立单位。生活例子：一人按菜谱做菜。 进程是对正在运行的程序的抽象，是OS最核心的概念。计算机上所有可 运行的软件，包括OS，被组织成若干进程。
创建态
运行态
终止态
选
中
落
选
出现等待事件
就绪态 等待事件结束
阻塞态
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进程的概念
创建态对应进程刚被创建的状态。为一个新进程创建必要的管理 信息，它并没有被提交执行，而是在等待操作系统完成创建进程 的必要操作。
进程的终止，首先,等待操作系统进行善后，然后,退出主存。进 入终止态的进程不再执行，但依然临时保留在系统中等待善后。 一旦其他进程完成了对终止态进程的信息抽取之后，系统将删除 该进程。
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与时间有关的错误
因此，对资源的共享充满了危险，各种与时 间有关的错误就可能出现，与时间有关的错 误有两种表现形式：
① 是结果不唯一； ② 是永远等待。
为了说明与时间有关的错误，现观察下面的 例子：
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例1 （结果不唯一）购买飞机票问题。
假设一个飞机订票系统有两个终端，分别运行 进程Tl 和T2。 该系统的公共数据区中的一些单元Aj(j=l， 2，…)分别存放某月某日某次航班的余票数， Tl 和T2共享Aj。飞机票售票程序如下：
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采用并发程序设计的目的
采用并发程序设计的目的是： 充分发挥硬件的并行性，消除处理器和I/O 设 备的互等现象，提高系统效率。 机器部件能并行工作仅仅有了提高效率的可能 性，而机器部件并行工作的实现还需要软件技 术去利用和发挥，这种软件技术就是并发程序 设计。 并发程序设计是多道程序设计的基础，多道程 序的实质就是把并发程序设计引入到单处理器 的系统中。
阻塞状态（Blocked）也叫等待状态，是指进程因等待某种事件发生（例
如等待I/O操作完成，等待其他进程发来的信号）而暂时不能运行的状态， 也就是说，处于阻塞状态的进程尚不具备运行条件，即使CPU空闲它也无 法使用。
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进程的概念
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进程的概念
引起进程状态转换的具体原因 就绪 --> 运行：调度程序选择一个新的进程运行 运行 --> 就绪： （1）运行进程用完了时间片； （2）运行进程被中断，因为一高优先级进程处于就绪状态 运行 --> 阻塞（等待）：等待某种事件，如OS尚未完成服务；对 一资源的访问尚不能进行；初始化I/O 且必须等待结果；等待某一 进程提供输入 (IPC) 阻塞（等待） --> 就绪：当所等待的事件发生时
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前趋图
例题：假设某个程序段包含如下
语句：
int a,b,c,d,e,f;
int t1,t2,t3,t4,t5;
s1
s2
s3
s1: t1=a+b; s2: t2=c+d; s3: t3=e/f; s4: t4=t1*t2; s5: t5=t4-t3;
s4 s5
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程序的顺序执行 单个程序有一系列有序的代码和数据构成，必 须按照严格的先后次序顺序地执行，即只有当 一个操作结束后，才能开始后继操作。 这种程序执行的方式就称为程序的顺序执行。
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与时间有关的错误
两个交互的并发进程，其中一个进程对另一个 进程的影响常常是不可预期的，甚至无法再现。 这是因为两个并发进程执行的相对速度不可预 测，交互进程的速率不仅受到处理器调度的影 响，而且还受到与其交互的并发进程的影响， 甚至受到与其无关的其他进程的影响，所以， 一个进程的速率通常无法为另一个进程所知。
顺序程序设计的顺序性、封闭性和再现性给程 序的编制、调试带来很大方便，其缺点是计算 机系统效率不高。
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程序的并发执行及其特征
例：讨论在多道批处理系统中，对大量作业的 处理在系统中有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=1,2,3,...,n) 。 对 作 业 1 、 作 业 2、…，作业n的处理：
进程描述
前趋图
前趋图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。 图中的每个结点可用于描述一个程序段或进程， 乃至一个语句；结点间的有向边‘→’则用于 表示两个结点之间存在的偏序或前趋关系。
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前趋图
→={（Pi，Pj）｜Pi must complete before Pj may start},如果（ Pi，Pj ）∈ →，可写成 Pi → Pj，称为Pi是Pj的直接前趋，而称Pj是Pi 的直接后继。 。
作业1： I1 C1 P1 作业2： I2 C2 P2 ┇┇ 作业n： In Cn Pn
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1.作业整体不再具有顺序性；
批量作业执行的先后2于.次对一任个序何的一直个接结前点趋，结可点以，有可多
以有多余一个的直接后继结 点。
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程序的并发执行及其特征 这些作业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。
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单道情况下，在一道程序执行过 程中系统的所有资源都是由这一 道程序独自占有的