操作系统讲稿09(第三章)

1. 51200 2. 51201 3. 51202 4. 51203 5. 51204 6. 51205 超时
7 20480 8 20481 9 20482 10 20483 11 20484 12 20485 13 81920 14 81921 15 81922 16 81923 I/O请求
17 20480 18 20481 19 20482 20 20483 21 20484 22 20485 23 194560 24 194561 25 194562 26 194563 27 194564 28 194565 超时
3.程序的顺序执行：一个具有独立功能的程序独占处理机 直至最终结束的过程称为程序的顺序执行。
4.程序顺序执行的特征： 内：语句之间、指令之间 （1）顺序性： 外：程序之间 （2）封闭性：资源独占，每个程序的执行不会受到外 部因素的影响。 （3）可再现性：只要程序的输入条件相同，输出结 果肯定相同。 5.多道程序系统中程序执行环境的变化 （1）独立性：每道程序逻辑上是独立的，不存在相互 制约关系 （2）随机性：程序的输入、输出及开始执行时间是 随机的 （3）资源共享性：所有的资源由多道程序所共享。
29 20480 30 20481 31 20482 32 20483 33 20484 34 20485 35 51206 36 51207 37 51208 38 51209 39 51210 40 51211
41 20480 42 20481 43 20482 44 20483 45 20484 46 20485 47 194566 48 194566 49 194567 50 194568 51 194569 52 194570
2.控制信息
进程的状态（Status）：进程所处的状态，就绪，运行 等待。 进程优先级（Priority）：处理机调度的依据，其 值取决于进程执行的紧迫程度以及进程占用CPU 的时间，占据内存时间、占据其他资源等情况 程序的起始地址（Start）：进程所对应的程序的起 始地址。 记时信息（TIME）：记录进程占有CPU以及利用其 他资源的情况 通信信息（ Communication）：该进程在运行过 程中与其他进程交换信息的情况。
操作系统所应满足的主要要求都与进程有关：
操作系统必须能够同时执行多个进程以最大限度地 利用处理器，并为每个进程提供合适的响应时间。
操作系统必须按一定的策略为进程分配资源并避免死锁。 操作系统应支持进程间的通信并能创建用户进程。 操作系统的主要职责就是控制进程的执行。
六、进程的特征 动态性：进程是程序的一次执行过程。因此，动态特 征是进程的最重要特征 并发性：只有建立了进程的程序才能并发执行，引入
本章重点： 进程的定义、进程控制的基本概念。 进程PCB的基本结构，作用及进程的状态转换。 进程同步与互斥的基本概念和解决方法。

第三章
进程管理


死锁的原因，产生死锁的四个必要条件以及死 锁的解决。 几个经典的进程同步与互斥问题及算法 。
线程的基本概念及状态。 难点： 进程的同步与互斥 死锁的解决
进程的目的就是为了使它所对应的程序和其他进程并发 执行，以提高系统资源的利用率。
独立性：每个进程都有各自独立的功能。进程是一个 能独立运行的单位，也就是竞争计算机资源和进行处理 机调度的基本单位。 异步性（相互制约性）：由于进程之间的相互制约，使 其具有执行的间断性。既：进程按各自独立的不可预知的 速度向前推进。 结构特征：每个进程都配有一个PCB，每个进程都有程 序段、数据段和PCB三部分组成。
3.3进程的状态及其转换
一、进程的基本状态 1. 就绪状态（READY）：进程获得除处理机以外的所 有资源，等待处理机。 2. 运行状态（RUNNING）：进程正在占有处理机，其对 应的程序正在处理机上运行。单处理机系统中，只能 有一个进程处于运行状态。 3.等待状态/阻塞状态（WAITING/BLOCKED）：进程 正在等待某件事情的发生无法继续运行下去而放弃 处理机。 4. 创建/初始（NEW）：进程刚刚创建，还没有被处理 机提交到可运行进程队列中。 5. 终止（EXIT）：进程已正常或异常结束，被OS从可运 行进程队列中释放出来
S1: a=51 １ S2: b=a*5 S3: c=a+6
S4:d=b*b+c*2
２
３
４ ５ Ｓ２
Ｓ１
Ｓ３
６
Ｓ４
１
２
３
４ ５
该图是否为前趋图？ 为什么？
６
Ｓ１
该图是否为前趋图？ 为什么？ Ｓ２ Ｓ３
Ｓ４
三、多道程序的并发执行与特征 。 1．多道程序并发执行的逻辑分析
Ii
Ci
Pi
但对于多个程序，并不一定存在关系：
二、前趋图 前趋图（Directed Acyclic Graph）： 是一个有向非循环图，图中每个节点可以表示一条语句， 一个程序或进程，节点之间的有向边表示节点之间的前 趋关系（Precedence Relation）或半序关系（Partial Order） ―→‖ ={ （Pi，Pj） |Pi必须在Pj开始执行之前完成｝ 如果：（Pi，Pj）∈ →，则， Pi → Pj Pi称为Pj的直接前趋，Pj称为Pi的直接后继。 如果：Pi → Pk → …… → Pj Pi称为Pj的前趋，Pj称 为Pi的后继。 没有前趋的节点称为初始节点 。 没有后继的节点称为终止节点。
例：程序A的起始地址为51200，共12条指令；程序B 的起始地址为81920，共4条指令，其中第4条指令包 括I/O指令；程序C的起始地址为194560，共12条指 令；分派程序的起始地址为20480，共6条指令；三个 程序以及分派程序均在内存，操作系统每次执行6条 用 户程序指令后就会自动终止当前用户程序，转去执行 分派程序。每条指令需要一个指令周期，则程序的执 行过程如下：
3.资源管理信息（存储器、I/O设备、文件系统） 占内存大小，位置（RAM）及其管理用数据结构。 外存交换区位置（SWAP）
共享区位置，大小（SHARE）
外设情况（DEVICE） 打开文件情况（FILE）
4.CPU现场保护结构 CPU的各个寄存器的值，用来存放程序被中断时的 CPU现场信息。 进程控制块PCB是系统感知进程存在的唯一标志。 系统对进程的各种操作通过对PCB的操作实现。 三、进程组织：不同系统组织方式不同：数组，队列， 链表 四、存在区 ：PCB的常用部分常驻内存系统区，其他 部分放在外存。
二、进程的状态转换： 1．三种状态的进程状态转换图 创建 进程调度 就 绪 时间片到 等待的事件发生 等待某一事件发生 运行 终止
阻塞
2．五种状态的进程状态转换图
初始 准许 进程调度 就绪 时间片到 等待的事件发生 运行 完成
等待某一事件发生
阻塞 出差错
终止
3．进程状态间转换关系表
原状态 创建 转换后状态 运行 就绪
四、Bernstain条件 。
程序的不可再现性是绝对不允许的，为此，应采取 某种措施使并发程序保持其可再现性。 Si、Sj:程序段或语句。 R（Si）：Si所涉及的读变量的集合。 W（Si）：Si所涉及的写变量的集合。 Si与Sj可并发执行的条件：
① R（Si）∩W（Sj）=Φ ② R（Sj）∩W（Si）=Φ ③ W（Sj）∩W（Si）=Φ 同时成立
进程控制：系统使用一些具有特定功能的程序来创建、 撤消进程以及完成进程各状态间的转换，从而达到多 进程、高效率、并发执行和协调、实现资源共享的目 的。 进程控制是通过原语来实现。 实现进程控制的程序段被称作进程控制原语。 一、内核： 1.什么是内核? 在设计OS时把一些与硬件紧密相关的模块或运行频率较 高的模块以及被许多模块所公用的一些基本操作，安排在 靠近硬件的层次中，并使他们常驻内存，以提高OS的运 行效能，通常把这部分叫OS的内核。
3．多道程序并发执行的定义 并发执行：为了增强计算机系统的处理能力和提高资源的 利用率所采用的一种同时操作技术。使若干进程都处于已 经开始执行和尚未执行完成的状态。 多道程序的并发执行分两种情况: 多道程序系统的程序执行环境变化引起的多道程序的并 发执行（多道程序系统环境下，各道程序在逻辑上独立， 具备了执行的条件）。 在某道程序的几个程序段中，包含着一部分可以同时执 行或顺序颠倒执行的代码。
七、进程与程序的比较
状 态
存在 方式
生命 期短
所需 资源
内存、外 存、CPU
包含关系
并发 性
进程
动
进程包 含程序
有
程序 静
永久
外存
程序不 包含进程
无
3.2进程的描述——PCB
进程包括：程序段、数据段、PCB 一、作用：PCB中包含了进程的控制信息、描述信息 及资源信息，是进程动态特征的集中体现。PCB 是系统感知进程存在的唯一标志。 二、PCB的内容： 1.描述信息： 进程标识符（PID）或进程名：用来唯一标识进程。 用户标识符（UID）或用户名：进程所属用户，利于 进行资源共享和信息保护。 家族信息（Family）：进程所属家族，以及进程的子 进程。
例：
S1: C=X+Y+Z
S2:D=C+X
R(S1)={X,Y,Z} W(S1)={C} S1：x=x1+x2 S2：y=x1*x2 S3：z=(x+y)/2 S4：w=z+5 S5：m=w+1 S6：m=m+1
R(S2)={C,X} W(S2)={D}
不能并发！！！
五、进程的定义
进程：一个具有独立功能的程序对某个数据集合在处 理机上的一次执行过程。它是操作系统进行资源分配 的基本单位。
× ×
阻塞
×
终止
×
OS根据作业控制请求， 分时系统用户登录， 进程创建子进程