第2章 处理器管理(9-12)

以不同的方式执行，可能获得不相同的结果。
并发执行案例
初始条件：程序A和程序B为并发执行，它 们共享变量K，假设K初始值为5，程序A执 行K=K-1;程序B执行print K；K=K+3。 执行条件：程序A和程序B，如果按以下顺 序执行，K的执行结果是多少？
并发执行案例
顺序1 按K=K-1；print K； K=K+3条件执行，K的 执行结果是多少？
程序顺序执行时的特征 封闭性：程序是在封闭的环境下执行。即
程序在运行时独占全部资源，资源的状况 只有本程序才能改变它。程序一旦开始执 行，其执行结果不受外界因素影响。
程序顺序执行时的特征
确定性：顺序执行的最终结果可再现是说 程序执行的结果与执行速度无关，程序无 论是从头到尾不停的执行，还是“停停走 走”的执行，都不会影响到最终结果。 可再现性：只要程序执行的环境和输入的 初始条件相同，则程序无论重复执行多少 次，按照何种方式执行，都将获得会相同 的结果。
进程与程序
进程与程序是两个截然不同但又有联系的概念， 可从以下四个点来分析： (1) 进程是程序的一次执行过程，而程序是一组 指令的有序集合。 (2) 进程具有动态性、并发性、独立性和异步性 等，而程序不具有这些特性。 (3) 进程包含程序、数据和进程控制块PCB。 (4) 程序多次运行，便可以产生多个进程。
就绪(Ready)状态
当进程已分配到除处理器以外的所有必要资源后， 只要再获得处理器就可以运行的状态称为就绪状 态。 已经分配到除CPU之外的所有资源，可谓“万事 俱备，只欠CPU”。
就绪队列：在一个系统中处于就绪状态的 进程可能有多个，通常将它们排成一个队 列，称为就绪队列。
步方式运行。异步性导致执行的不可再现
性。故在系统中必须采取相应的措施保证 进程之间能够协调运行。（进程同步机制 保证进程之间的正确运行）
2.2.2 进程的状态及其转换
系统中的诸多进程并发运行，并因竞争系 统而相互依赖和相互制约，因而进程执行 时呈现了“运行—暂停—运行”的间断性。 进程执行时的间断性，可用进程的状态及 其转态的转换来描述。 进程的并发执行，会引起进程之间竞争资 源和协作，造成进程间断执行，同时引起 了进程的状态变化。
前趋图
前趋关系有：P1-P2, P1-P3,P2-P4,P3-P4,P4-P5 P1叫初始结点，P4叫终止结点
C1
I2 C2
P1
P1
2、程序的顺序执行
程序是一个在时间上按严格次序前后相继的操作序列，是
一个静态的概念。一个较大的程序通常由若干个操作组成。程序
在执行时，必须按照某种先后次序逐个执行，只有当前一个操作
进程状态
终止
系统态
分时系统 时间片到
运行
用户态
调度
等待事件发生 如等待I/O
就绪
事件发生 如I/O完成
等待
初始
再加上初始和终止， 总共有5种基本状态
初始态
进程刚被创建时，没有得到任何资源，同 时其它进程正占有处理机而得不到执行， 只能处于初始状态。
操作系统要做如下事情： 建立PCB 建立资源表 分配资源 建立地址空间表
2、进程同步
在并发环境中，进程是以异步方式工作的， 并且以不可预知的速度向前推进。为了使 多个进程能有条不紊地运行，系统中必须 设置进程同步机制。进程同步的主要任务 是对众多的进程运行进行协调。协调方式 有两种： 1）进程互斥方式 2）进程同步方式
1）进程互斥方式
进程在对临界资源访问时，应采用互斥方 式，也就是当一个进程访问临界资源时， 另一个要访问该临界资源的进程必须等待； 当获取临界资源的进程释放临界资源后， 其他进程才能获取临界资源。这种进程之 间的相互制约关系称为互斥。临界资源是 指一次只能被一个进程使用的资源。互斥 可以简单的理解为：有你就没有我，有我 就没有你
执行完后，才能执行后一个操作。例如：在进行计算时，总是先 输入需要的数据，然后才能进行计算，计算完成后再将结果输出。 用I代表输入，C代表计算，P代表打印。I1源自C1P1I2
C2
P2
程序顺序执行时的特征
顺序性：程序顺序执行时，其执行过程可看做一系列
严格按程序规定的状态转移过程，也就是每执行一条指 令，系统就从上一个执行状态转移到下一个执行状态， 且上一条指令的执行结束是下一条指令执行开始的充分 必要条件； 例如： 输入→计算→打印 的顺序性
1.进程的3种基本状态
进程可能由于等待I/O操作、竞争资源、以及相互 协作等原因产生了“走走停停”的动态性。进程执
行时的间断性，决定了进程可能具有多种状态。 进程在生存期内至少具有五种基本状态：初始、就 绪、运行、等待、终止
进程是运行的程序，所以不存在提交状态；
作业运行的环境是批处理系统所以无阻塞状态。
3）并发性（重要特征）
多个进程在一段时间内同时运行，交替使 用处理器的情况。如分时系统中按时间片 运行。
进程特征
4）独立性
进程实体是一个能独立运行、独立分配资源和独
立接受调度的基本单位。
凡未建立PCB的程序，都不能作为一个独立的单
位参与运行。
进程特征
5）异步性
系统中的各进程按照各自独立的、不可
预知的速度向前推进，或者说，进程按异
进程与程序(掌握）
从以上四点可以看出进程与程序的差异： 1、程序是静态的概念，而进程是动态的概念。 2、程序可以长期保存，而进程是短暂存在的， 它动态地产生、变化和消亡。 3、程序和相应进程之间，有点像乐谱和相应 演奏之间的关系，乐谱可以长期保存，而演 奏是个动态的过程。
进程特征
进程具有以下5个基本特征：
程序并发执行时的特征
程序在顺序执行时，程序与计算间有着一 一对应的关系。 程序在并发执行时，一个共享程序可为多 个用户作业调用，而使该程序处于多个执 行中，从而形成了多个计算。这就是说， 一个共享程序可对应多个计算。因此，程 序与计算已不再一一对应。
2.2 进程的描述
在计算机系统中，特别是在多道程序环境 下，众多的计算机用户程序并行运行，它 们抢占处理器的处理时间，这就存在一个 问题，如何正确有效地分配系统的各类资 源，才能充分发挥处理器的强大功能? 程序的概念已描述不清系统的这种并行情 况，反映不了它们的活动规律和状态变化。 进程是动态研究操作系统，以进程作为资 源分配和独立运行的基本单位。
解： K初始值为5 K执行的结果分别是4，5，7
并发执行案例
顺序2 按print K； K=K-1； K=K+3条件执行，K 的执行结果是多少？
解： K初始值为5 K执行的结果分别是5，4，7
并发执行案例
顺序2 按print K；K=K+3；K=K-1条件执行，K的 执行结果是多少？
解： K初始值为5 K执行的结果分别是5，8，7
1 ）结构特征：程序段+相关数据段+PCB
2 ）动态性 ：进程是运行的程序。 3 ）并发性
｝
最基 本的 两个 特征
4 ）独立性
5 ）异步性
进程特征
1）结构特征
进程实体：程序段+相关数据段+PCB
相当于身份证
2）动态性 （基本特征）
进程是运行的程序。它由创建而产生、由调度而 执行，由撤消而消亡。
进程特征
化验员： …… 等化验单； …… 唤 化验； 醒 填写化验结果； 后 …… 继续化验
3、进程通信
在系统中，经常会用多个进程需要相互配合 去完成一个共同的任务，而在这些进程之间， 往往需要相互交换信息。进程通信的任务就 是用来实现相互合作进程之间的信息交换。
4、处理器调度
等待在后备队列上的作业，通过要经过处 理器调度才能执行。处理器调度包括作业 调度、进程调度和中级调度。进程调度被 认为是低级调度，它决定哪个进程可以获 得处理器。 进程调度的基本任务是从后备队列中按照 一定的算法，选择出若干个作业，为它们 分配必要的资源，将它们调入主存，然后 为它们建立进程，使之成为可能获取处理 器的就绪进程，并按照一定算法将其插入 到就绪队列。
程序的并发执行及其特征
1、程序的并发执行
I1 C1 I2 生产者 消费者 P1 C2 I3 P2 C3 I4 P3 C4 P4
输入进程是计算进程的前提， 计算进程是打印进程的前提。 I1→c1 → p1：顺序执行
输入进程 计算进程 计算进程 打印进程
程序并发执行时的特征
程序的并发执行是指在一个时间段内执行多个程序。程 序在并发执行时，虽然提高了系统的吞吐量，但是，也 会产生一些与顺序执行时不同的特征。
3、程序的并发执行
一个较大的程序包括若干个按照一定次序 执行的组成部分。但是，在处理一批程序 时，它们之间有时并不存在严格的执行次 序，可以并发执行。如程序顺序执行中的 示例，虽然在进行计算时，总是先输入需 要的数据，然后才能进行计算，计算完成 后，再将结果输出。但是，完成第一次输 入后，在对第一次输入进行计算的同时， 可以进行第二次输入，实现第一次计算与 第二次输入的并发执行。
第2章 处理器管理
主讲：周文强 课程：操作系统
本章内容：
2.1 处理器管理概述 2.2 进程的描述 2.3 进程控制
2.1 处理器管理概述
在计算机系统中，处理器是最重要的硬件资 源，也是最紧俏的资源。因此，对处理器管 理的好坏，将直接影响到计算机的整体性能。 处理器管理的主要任务是对处理器进行分配， 并对其运行进行有效的控制和管理。
2.2.1 进程的概念
从不同的角度，对进程所作的解释： (1)进程是程序的一次执行。 (2)进程是可以和别的计算并发执行的计算。 (3)进程是程序在一个数据集合上运行的过程， 是系统进行资源分配和调度的独立单位。 (4)进程是一个具有一定功能的程序关于某个 数据集合的一次运行活动。 (5)进程是进程实体的一次活动。