第3章 进程与处理机管理

3.4 作业与进程关系
作业是用户向计算机提交任务的任务实体，而进程则是具体 完成任务的运行实体。作业在何时、如何分解成独立运行 的实体？
1.批处理系统中作业与进程的关系
转变过程：选择一道后备作业运行时，首先为该作业创建一 个根进程，该进程解释作业说明书，并动态创建一个或多 个子进程，具体执行说明书中的语句。一个作业就动态地 转换成一组运行实体“进程族”。
4、对基本的进程状态转换图中的状态转换编号1、2、3、4。 令I和J分别取值1、2、3、4(J不等于I)。请分别讨论在状 态转换I和状态转换J之间是否存在因果关系；若存在，请 指出这种关系是必然的，或是有条件的，条件是什么?
运行 1 4
2
就绪 3 阻塞
5、下列的进程状态变化中，( )的变化是不可能发生的。 A等待→运行 B运行→等待 C运行→就绪 D等待→就绪
PCB应包含以下信息： （1）进程名和标识码。进程名是进程的外部名字，由进程的 创建者规定。标识码是内部名，是一个唯一的进程编号。 （2）位置信息。指示在存储器中的物理位置。 （3）状态信息。指明进程当前所处活动状态。 （4）调度的优先数。 （5）通讯有关的信息。如消息队列指针等。 （6）现场保护区。将与运行有关的信息保存。 （7）资源需求、分配和控制方面的信息。 （8）其他。如计时等信息。
7.多级反馈队列调度
P30 图2-13 P31图2-14 1、下面列出的是进程调度算法中选择进程的准则，其中面 向用户的有( )。 1吞吐量高 4周转时间短 2公平性原则 5各类资源的平衡利用 3响应时间快 2、一种既有利于短小作业又兼顾到长作业的作业调度算法 是( )。 A先来先服务 B轮转 C最高响应比优先 D均衡调度
3.1进程描述
OS内在的本质和特征是动态和并发，需引出新的概 念。
进程：是系统内独立运行的实体，也是独立争夺资 源的基本实体。是程序在多道程序设计系统中特 殊的活动形式。 下面分析程序基本特征，引申出进程概念。
一、程序的基本特征
1.顺序执行：每一个动作在前一个动作结束后开始(图2.1)。
2.程序与其执行过程一一对应：一个静态程序对应一 个动态执行过程。 3.封闭性：独占系统分配的所有资源，执行过程不受 外界因素的影响。
3、兄弟俩共同使用一个帐号，每次限存或取十元，存钱与取钱 的进程分别如下所示：
begin amount:integer; amount:=0; cobegin process SAVE m1:integer; begin m1:=amount; m1:=m1+10; amount:=m1; end;
4、假设有五个进程， 它们的提交时刻及运 行时间由下表给出： 若采用FCFS和SPF 两种调度算法，指出 进程以单道串行方式 和多道并行方式运行 时的被调度顺序及周 转时间。
进程 到达时间 执行时间 （小时） P1 P2 P3 P4 P5 10:00 10:05 10:25 12:25 12:50 2 1 0.75 0.5 0.25
3、例：有5个待运行进程为A，B，C，D，E，各自估计运 行时间为9，6，3，5，x。试问采用哪种运行次序使得平 均响应时间为最短? 答：响应时间是进程从就绪到调度运行的时间长度，即等待 时间；而进程的周转周期=等待时间+运行时间，其中运行 时间是不变的，等待时间随着运行情况而改变，因此平均 响应时间为最短，即平均周转周期为最短。 短进程优先是平均周转周期最短的调度算法。 本题中，若x＜3，则次序为E，C，D，B，A； 若3＜x＜5，次序为C，E，D，B，A； 若5＜x＜6，次序为C，D，E，B，A； 若6＜x＜9，次序为C，D，B，E，A； 若x＞9，次序为C，D，B，A，E。
用CPU(图2-1）。
三、并发程序的基本特征
1.并发性：对于一个程序内部原理在指令序列上必须顺序进 行的操作，只要可能，操作系统便同时进行。例如：程序 中一条I/O指令和后续的CPU计算指令可并行，破坏了顺 序性，使得程序内部许多不同操作可以并发产生。
2.程序与其执行活动不再一一对应：例如，一个程序段可在 内部对应多个执行活动。 3.失去封闭性。（例如，某公司两个职员将存款共同保存在 Count变量中，使用一个增加存款的并发程序见下页。） 4.程序活动时的相互制约性：独立运行的程序会因竞争同一 资源相互制约。逻辑上协同完成同一任务的程序之间存在 相互等待对方的执行结果。
process TAKE m2:integer; begin m2:=amount; m2:=m2-10; amount:=m2; end; coend; end;
由于兄弟俩可能同时存钱和取钱，因此两个进程是并发的。若 哥哥先存了两次钱，但在第三次存钱的时候，弟弟在取钱。请 问最后帐号amount上面可能出现的值？
2.优先级调度
上例：(2)优先级调度
3.时间片轮转法（P28 图2-11）
时间片的大小对系统效率有影响，不可太大也不可太小，应能使80%的 进程在时间片内完成一次所需的执行活动。
上例：(3)时间片轮转 （ P28例2-3）
4.短进程优先调度 （上例）
例：在下表中给出进程的 到达时间、执行时间和 优先级，请给出三种调 度算法的进程执行次序 和三种调度算法的平均 周转时间。这三种调度 算法是：短作业优先调 度算法、优先级高者优 先调度算法和简单轮转 法调度算法(简单轮转法 中的时间片为2个单位)。
• 说明：进程控制块是进程存在的唯一标识，系统
创建一个进程时，为其建立相应的PCB，进程消
亡时，系统删除PCB，所有PCB均存储于系统空
间。 P26 图2-8
3.2进程状态
3.2.1进程的创建与结束
进程是用于运行用户程序的实体，都要经历被创建 到运行结束的过程。 1.进程创建 系统提供了进程创建的系统调用。 2.进程结束 释放进程占用的资源，释放进程控制块。
4.可再现性：程序对同一组数据的重复执行，必获得 相同的结果。
二、多道程序设计系统中的程序运行环境
1.资源共享：为提高资源利用率，许多资源不再
由一道程序独占使用。 2.程序并行执行：为提高系统效率，多道程序设 计系统广泛采用并行技术，尽可能控制多道程 序并行执行，表现为：存储器内保存多个程序，
I/O设备被多个程序交替使用，多道程序交替占
• 作业调度
1.用户与操作系统的接口
1）特权指令、管态、目态 2）系统调用命令 3）操作命令
2.作业与作业管理
1）作业与作业步（图2-20） 2）作业控制块（表2-2） 3）作业调度 4）作业的状态与状态的变迁（图2-21）
3.作业调度算法
1）先来先服务（P41例2-7、例2-8、例2-9） 2）短作业优先（例2-10、2-11 3）响应比高者优先（例2-12）
3.3 进程控制与调度
3.3.2 进程调度
1.调度的概念 根本任务是按照某种原则为处于就绪状态的进程分配CPU。 进程调度不同于作业调度，作业调度主要是协调作业对计算 机系统内资源（如内存、I/O等）的争夺使用。 ① 高调又称作业调度。 ② 中调又称交换调度。 ③ 低调又称进程调度。
2.进程调度方式
3.2.2进程状态变化模型
① 运行状态：一个进程正在处理机上运行。 ② 就绪状态：一个进程获得了除处理机以往的一切所需资 源，一旦得到处理机即可运行。 ③ 等待状态：又称阻塞状态。一个进程正在等待某一事件 而暂停运行。 P20 图2-3 运行态
进程状态之间 可能的变迁P20
就绪态 阻塞态
例2-2
3.2.3 进程挂起
Parbegin program A:begin N:=count N:=N+100 count:=N end program B:begin M:=count M:=M+200 count:=M end Parend （另见书P16页例）
假设count中原数为 300。两职员同时存 款，并发执行程序A、 B，不同的执行序列 使得count具有不同 的存款数。并发执行 的结果必须与串行的 结果相同才可认为是 概念： ① 周转时间:进程从创建到结束运行所经历的时间。 ② 平均周转时间：N个进程周转时间的平均值。 ③ 等待时间：等待CPU的时间之和。 ④ 平均等待时间：N个进程的等待时间的平均值。
1.先来先服务(P27 图2-10）
例：有5个任务A到E几乎同时到达，它们预计运行时间为10，6，2，4， 8分钟，其优先级分别为3，5，2，1和4，这里5为最高优先级。对于 下列每一种调度，计算其平均进程周转时间（进程切换开销可不考 虑）。 (1)先来先服务（按A，B，C，D，E）
说明：一道作业处于运行状态，实际上是指与作业相应的进 程正在内部活动。 P68 图3.10
2.分时系统中作业与进程的关系
转变过程：交互式作业在用户接通终端时系统为之建立一个进 程（称为终端进程），该进程解释执行用户输入的每一条命 令。用户每输入一条命令直接在内部对应一个（或若干）进 程。
为了能使处于等待状态的进程释放主存空间，系 统将其交换到辅存，进程便处于挂起状态。
P22 图2-4
1、当一个进程从等待态变成就绪态，则一定有一个进程从 就绪态变成运行态。（ ） 2、分时系统进程可能出现的状态变化图，说出每一个状态 变化原因。
2
运行 3 等待打印机 输出结果 1
4
6 等待磁盘读文件 5
1、若程序PA和PB单独执行时分别用TA和TB，TA=1小时，
TB=1.5小时，其中处理机工作时间分别为TA=18分钟，
TB=27分钟。如采用多道程序设计方法，让PA、PB并行 工作，假定处理机利用率达到50%，另加15分钟系统开销，
问系统效率能提高百分之几?
2、某个异常事件在处理过程中又发生了新的异常事件（如 处理溢出时，处理过程中又产生了溢出），可以再转该种 中断处理程序吗？
① 非剥夺方式：一旦某个进程被调度执行，则该进程一直 执行下去至该进程结束，或因某种原因自行放弃CPU进 入等待状态，才将CPU重新分配给其它进程。优点：有 效减少调度活动。缺点：损失系统的并发性。