第2章挂起和进程控制
操作系统第二章PPT课件
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2.1.3 进程挂起
有挂起状态的进程转换图
创建 准许 就绪
激活 事件 发生
挂起
就绪 挂起
分派 超时
运行 准许
等待 事件
消失
(a) 带有一个挂起状态
创建
准许
准许
挂起
就绪， 挂起
事件 发生
阻塞 挂起
激活 挂起
激活
就绪
事件 发生 阻塞
分派 超时
运行
等待 事件
释放
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消失
(b) 带有两个挂起状态
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2.1.3 进程挂起
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2.4.1 线程及其管理
2.线程的定义及特征
线程是进程内的一个相对独立的、可独立调度 和指派的执行单元。
线程具有以下性质：
• 线程是进程内的一个相对独立的可执行单元。
• 线程是操作系统中的基本调度单元 。
• 一个进程中至少应有一个线程 。
• 线程并不拥有资源，而是共享和使用包含它的 进程所拥有的所有资源。
• ③当运行中获取用户程序提出的某种请求后，OS可以 代用户程序产生进程以实现某种功能，使用户不必等 待。
• ④基于应用进程的需要，由已存在的进程产生另一个 进程，以便使新程序以并发运行方式完成特定任务。
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2.1.1 进程产生和终止
2.进程终止 导致进程终止的事件大致有14种 ：正常 结束 、超时限制 、内存不足 、超界 、 保护错误 、算术错误 、超越时限 、I/O 失败 、非法指令 、特权指令 、错误使 用数据 、操作员或OS干预 、父进程终 止 、父进程需要 。
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2.3.1 执行模式
大多数处理器都至少支持两种执行模式， 一种是同操作系统有关的模式，另一种则 是同用户程序有关的模式。较低特权模式 称为用户模式。较高特权模式指系统模式、 控制模式或内核模式。内核是操作系统中 最核心功能的集合。
操作系统第二章进程的描述与控制题目
操作系统第⼆章进程的描述与控制题⽬1-1. 下⾯对进程的描述中，错误的是。
A.进程是动态的概念B. 进程执⾏需要处理机C.进程是有⽣命周期的D. 进程是指令的集合【答案】D动态的，有⽣命周期的。
【解析】【解析】程序是指令的集合。
⽽进程是程序的⼀次执⾏，是动态的，有⽣命周期的。
1-2. 分配到必要的资源并获得处理机时的进程状态是 ()A. 就绪状态B. 执⾏状态C. 阻塞状态D. 撤消状态【答案】B【解析】分配到必要地资源获得处理机时的进程状态是执⾏状态。
1-3.程序的顺序执⾏通常在①的⼯作环境中，具有以下特征②。
程序的并发执⾏在③的⼯作环境中，具有如下特征④。
A. 单道程序B.多道程序C. 程序的可再现性D. 资源共享【答案】①A ②C ③B ④D。
【解析】程序的顺序执⾏通常在单道程序的⼯作环境中，具有程序结果的可再现性特征；程序的并发执⾏在多道程序的⼯作环境中，具有共享资源的特征。
1-4. 下列进程状态变化中，变化是不可能发⽣的A. 运⾏——就绪B.运⾏—— 等待C. 等待——运⾏D. 等待——就绪【答案】C【解析】当调度程序为某就绪状态的进程分配了处理机时，该进程便由就绪状态变为执⾏状态；正在执⾏的进程因等待发⽣某事件⽽⽆法执⾏时，该进程由执⾏状态变为等待状态；当处于等待状态的进程所等待的事件发⽣时，该进程由等待状态变为就绪状态；正在执⾏的进程如因时间⽚⽤完⽽暂停执⾏，该进程由执⾏状态变为就绪状态。
等待——运⾏不可能发⽣，就绪—— 等待不可能发⽣。
运⾏不可能发⽣，就绪唯⼀的双向箭头是运⾏运⾏——就绪，就绪——运⾏唯⼀的双向箭头是1-5. 当时，进程从执⾏状态转变为就绪状态。
A. 进程被调度程序选中B. 时间⽚到C. 等待某⼀事件D.等待的事件发⽣【答案】B。
【解析】正在执⾏的进程，如因时间⽚⽤完⽽暂停执⾏，则该进程由执⾏状态转变为就绪状态。
就绪——运⾏ C. 等待某⼀事件运⾏—— 阻塞 D.等待的事件发⽣等待——就绪A. 进程被调度程序选中，进程被调度程序选中，就绪1-6. 如果系统中有n个进程，则就绪队列中进程的个数最多为。
操作系统课后部分习题及答案
第2章操作系统的运行环境2.2 现代计算机为什么设置目态/管态这两种不同的机器状态？现在的lntel80386设置了四级不同的机器状态（把管态又分为三个特权级），你能说出自己的理解吗？答：现在的Intel 80386把执行全部指令的管态分为三个特权级，再加之只能执行非特权指令的目态，这四级不同的机器状态，按照系统处理器工作状态这四级不同的机器状态也被划分管态和目态，这也完全符合处理器的工作状态。
2.6 什么是程序状态字？主要包括什么内容？答：如何知道处理器当前处于什么工作状态，它能否执行特权指令，以及处理器何以知道它下次要执行哪条指令呢？为了解决这些问题，所有的计算机都有若干的特殊寄存器，如用一个专门的寄存器来指示一条要执行的指令称程序计数器PC，同时还有一个专门的寄存器用来指示处理器状态的，称为程序状态字PSW。
主要内容包括所谓处理器的状态通常包括条件码--反映指令执行后的结果特征；中断屏蔽码--指出是否允许中断，有些机器如PDP-11使用中断优先级；CPU的工作状态--管态还是目态，用来说明当前在CPU上执行的是操作系统还是一般用户，从而决定其是否可以使用特权指令或拥有其它的特殊权力。
2.11 CPU如何发现中断事件？发现中断事件后应做什么工作？答：处理器的控制部件中增设一个能检测中断的机构，称为中断扫描机构。
通常在每条指令执行周期内的最后时刻中扫描中断寄存器，询为是否有中断信号到来。
若无中断信号，就继续执行下一条指令。
若有中断到来，则中断硬件将该中断触发器内容按规定的编码送入程序状态字PSW的相应位（IBM-PC中是第16~31位），称为中断码。
发现中断事件后应执行相中断处理程序，先由硬件进行如下操作：1、将处理器的程序状态字PSW压入堆栈2、将指令指针IP（相当于程序代码段落的段内相对地址）和程序代码段基地址寄存器CS的内容压入堆栈，以保存被子中断程序的返回地址。
3、取来被接受的中断请求的中断向量地址（其中包含有中断处理程序的IP，CS的内容），以便转入中断处理程序。
【操作系统】《计算机操作系统》汤小丹第2章进程的描述和控制
【操作系统】《计算机操作系统》汤⼩丹第2章进程的描述和控制博主：海底淤泥1.什么是前趋图？为什么要引⼊前趋图？ 前趋图：⼀个有向⽆循环图，它⽤于描述进程之间的先后顺序 作⽤：更好描述程序的顺序和并发执⾏情况2.试画出下⾯四条语句的前趋图S1:a=x+y S2:b=z+1 S3:c=a-b S4:w=c+1 S1->S3 S2->S3 S3->S43.为什么程序并发执⾏会产⽣间断特征？ 程序在并发执⾏时，由于它们共享系统资源，以及为完成同⼀项任务相互合作，⾄使在这些并发程序之间形成了相互制约的关系4.程序并发执⾏时为什么会失去封闭性和可再现性？ 失去封闭性：当系统存在着多个可以并发执⾏的程序时，系统中的各种资源将为它们所共享，⽽这些资源的状态也由这些程序来改变，导致其中任意程序运⾏时，其环境都必然会受到其他程序的影响。
失去可再现性：程序并发执⾏时，由于失去了封闭性，其计算结果必然将与并发程序的执⾏速度有关，从⽽使程序的执⾏失去了可再现性5.在操作系统中为什么要引⼊进程的概念？它会产⽣什么影响？ 为了使程序并发执⾏，并且可以对并发执⾏的程序加以描述和控制，⼈们引⼊了“进程”的概念。
影响：使程序并发执⾏，进程实体和其他进程实体并发执⾏6.试从动态性、并发性、和独⽴性上⽐较进程和线程 动态性：进程实体有⼀定⽣命期，是动态的；⽽程序是⼀组有序指令集合，并存放在某种介质上，其本⾝不具有活动意义，是静态的 并发性：进程可以并发执⾏，没有PCB的程序是不能并发执⾏的 独⽴性：进程实体是⼀个能独⽴运⾏，独⽴获得资源和独⽴接受调度的基本单位。
未建⽴PCB的程序不能作为⼀个独⽴的单位参与运⾏7.试说明PCB的作⽤具体表现在什么⽅⾯，为什么说PCB是进程存在的唯⼀标志？ PCB描述进程是基本情况和活动过程，进⽽控制和管理进程。
创建进程：创建进程实体的PCB 撤销进程：撤销进程实体的PCB8.PCB提供了进程管理和进程调度所需要的哪些信息？1.进程标识符2.处理机状态3.进程调度信息4.进程控制信息9.进程控制块的组织⽅式有哪⼏种？1.线性⽅式2.连接⽅式3.索引⽅式10.何谓操作系统内核？内核的主要功能是什么？ 通常将⼀些硬件紧密相关的模块、各种常⽤设备的驱动程序以及运⾏频率较⾼的模块，都安排在紧靠硬件的软件层次中，将它们常驻内存，被称为操作系统内核 功能：1.对重要软件进⾏保护，防⽌遭到其他程序的破坏 2.提⾼OS的运⾏效率11.试说明进程在三个基本状态之间转换的经典原因 就绪->执⾏：进程调度 执⾏->就绪：时间⽚完 执⾏->阻塞：I/O请求 阻塞->就绪：I/O完成12.为什么要引⼊挂起状态？该状态有哪些性质？ 原因：1.终端⽤户的需要 2.⽗进程的请求 3.负荷调节的需要 4.操作系统的需要 性质：1.若程序正在执⾏，将暂停执⾏ 2.若原本处于就绪状态，则该程序不接受调度13.在进⾏进程切换时，所要保存的处理机状态信息有哪些？1.通⽤寄存器2.指令计数器3.程序状态字PSW4.⽤户栈指针14.试说明引起进程创建的主要事件。
操作系统课件 第2章 进程
第二章 进 程 管 理
对于具有下述四条语句的程序段： S1: a∶=x+2 S2: b∶=y+4 S3: c∶=a+b S4: d∶=c+b 请画出前趋关系图。
S1 S3 S2 S4
第二章 进 程 管 理
2.2 程序并发执行时的特征
1) 间断性 相互制约性)－后面的模块等待前面的模块 间断性(相互制约性 － 相互制约性 传来的结果，然后才执行（如打印模块等待 计算模块完成）。走走停停。 2) 失去封闭性 ：多个程序共享系统中的各种资源， 因而这些资源的状态将由多个程序来改变， 致使程序的运行已失去了封闭性。 结果是一个程序运行时会受到另一个程序的 结果是 影响。 3) 不可再现性 ：程序在并发执行时，由于失去了封 闭性，也将导致失去其可再现性
第二பைடு நூலகம் 进 程 管 理
新进程
接纳
就绪 时间片完 I/O完成 进程调度
阻塞 I/O请求
执行
完成
结束
图 2-5 进程的三种基本状态及其转换
(教材讲5种)
第二章 进 程 管 理
作业调度
作业后备队列
阻塞队列
外存
进程就绪队列
一些 阻塞队列
内存
处理器 (CPU)
第二章 进 程 管 理
3.7五状态 五状态进程模型 五状态
第二章 进 程 管 理
3.4进程与程序的区别 进程与程序的区别
程序是静态的， 1)程序是静态的 进程是动态的; 是根本区别） 1)程序是静态的，进程是动态的;（是根本区别） 程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。 程序是有序代码的集合；进程是程序的执行。 2)进程和程序不是一一对应的 2)进程和程序不是一一对应的 ; • 一个程序可对应多个进程 即多个进程可执行同一程序 ; 一个程序可对应多个进程,即多个进程可执行同一程序 • 一个进程可以执行一个或几个程序 3)进程是暂时的 程序的永久的：进程是一个状态变化的过程， 进程是暂时的， 3)进程是暂时的，程序的永久的：进程是一个状态变化的过程， 程序可长久保存。 程序可长久保存。 4)进程与程序的组成不同 进程的组成包括程序、 进程与程序的组成不同： 4)进程与程序的组成不同：进程的组成包括程序、数据和进程 控制块（即进程状态信息）。 控制块（即进程状态信息）。 5)进程具有创建其他进程的功能 而程序没有。 进程具有创建其他进程的功能， 5)进程具有创建其他进程的功能，而程序没有。
第二章、进程的描述与控制
第⼆章、进程的描述与控制第⼆章、进程的描述与控制2.1 前趋图和程序执⾏2.1.1 前趋图概念：所谓前趋图：指⼀个有向⽆循环图（DAG）,它⽤于描述进程之间执⾏的先后顺序。
2.1.2 程序顺序执⾏特征：顺序性封闭性：指程序在封闭的环境中运⾏，程序运⾏时独占全机资源，资源的状态只有本程序才能改变，程序⼀旦开始执⾏，其执⾏结果不受外界因素影响可再现性：只要条件相同还会得到相同的执⾏结果。
2.1.3 程序并发执⾏特征：间断性失去封闭性不可在现性2.2进程的描述2.2.1 进程的定义和特征定义为了使程序并发执⾏，并且可以对并发执⾏的程序加以描述和控制，⼈们引⼊了进程的概念。
为了使参与并发执⾏的每个程序都能独⽴运⾏，在操作系统中必须为之分配⼀个专门的数据结构，称为进程控制块（PCB）。
系统利⽤PCB 来描述进程的基本情况和活动过程，进⽽控制和管理进程。
因此进程的定义为：由程序段、相关的数据段和由程序段、相关的数据段和PCB三部分构成的进程实体。
⽐较典型的定义有：进程是程序的⼀次执⾏进程是⼀个程序及其数据在处理机上顺序执⾏时所发⽣的活动进程是具有独⽴功能的程序在⼀个数据结合上运⾏的过程，它是系统进⾏资源分配和调度的⼀个独⽴单位。
进程的特征动态性并发性独⽴性异步性2.2.2 进程的基本状态以及转换进程三种基本状态由于多个进程在并发执⾏时共享系统资源，致使他们在运⾏过程中呈现间断性的运⾏规律，所以进程在⽣命周期内可能具有不同状态。
⼀般⽽⾔，每个进程⾄少应处于以下三种基本状态：就绪（Ready）状态指进程已处于准备好运⾏的状态，即进程已分配到除CPU以外的所有必要资源后，只要再获得CPU就可以⽴即执⾏。
如果有多个就绪状态的进程。
就绪队列通常按照⼀定的策略排成⼀个队列，称该队列为就绪队列执⾏(Running)状态指进程已经获得CPU，其程序正在执⾏的状态。
在单处理机系统中，只有⼀个进程处于执⾏状态，⽽多处理机系统则有多个进程处于阻塞（Block）状态指正在执⾏的进程由于发⽣某事件（如I/O请求、申请缓冲区失败等）暂时⽆法继续执⾏时的状态，即进程的执⾏受到了阻塞。
计算机操作系统原理 第二章 进程描述与控制
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两个并发程序方案
设有一台标准输入设备（键盘），和一台标准 输出设备（显示器或打印机），输入程序负责 从标准设备中读取一个字符，送缓冲区中。输 出程序从缓冲区中取数据，送标准设备输出。
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两个并发程序方案
f
标准输入 （键盘）
输入程序 缓冲区 输出程序
g
标准输出 （打印机）
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两个并发程序方案
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前趋图
前趋图(Precedence Graph)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。 结点：一个程序段或进程，乃至一条语句
有向边：偏序或前趋关系
把没有前趋的结点称为初始结点(Initial Node) 没有后继的结点称为终止结点(Final Node) 每个结点还具有一个重量(Weight)，用于表示该结点 所含有的程序量或结点的执行时间。
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进程状态模型
进程状态转换
原状态 创建 OS根据作业控制请求； 分时系统用户登录； 进程产生子进程而创 建进程 转换后状态 运行 × 就绪 × 阻塞 × 终止 ×
创建
×
×
OS准备运 行新的进 程
×
×
（转下表）
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进程状态模型
原状态 创建 运行 × 运行 × 转换后状态 就绪 超时；OS服务 请求；OS响应 具有更高优先 级的进程；进 程释放控制 阻塞 OS服务 请求； 资源请 求；事 件请求 终止 进程完 成，进 程夭折
2.5 进程同步 2.6 经典进程的同步问题 2.7 管程机制 2.8 进程通信
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2.1 进程描述
2.1.1 程序的顺序执行 2.1.2 程序的并发执行 2.1.3 进程的定义
第二章 进程的描述与控制PPT课件
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进程的特征
动态性：动态性是进程的最基本特征，它是程序执行 过程，它是有一定的生命期。它由创建而产生、由调 度而执行，因得不到资源而暂仃，并由撤消而死亡。 而程序是静态的，它是存放在介质上一组有序指令的 集合，无运动的含义。
在计算机系统支持并行操作时，如采用 多道程序设计技术，则内存中多道程序处于并 发执行状态。如上述有三个程序段的作业类， 虽然每个作业有前趋关系的各程序段不能在系 统CPU和输入输出各部件并行执行，但一个作 业没有前趋关系的程序段或不同作业的程序段 可以分别在CPU和各输入输出部件上并行执行。
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结构特征：从结构上，进程实体由程序段、数据段和进程控制 块三部分组成，UNIX中称为“进程映象”。
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(1) 进程是程序的一次执行。
(2) 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行 时所发生的活动。
(3) 进程是程序在一个数据集合上运行的过程，它 是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
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例：观察者/报告者
Байду номын сангаас
观察者：
报告者：
begin
begin
repeat
repeat
wait a car go through
deley a time
N=N+1；
Print N ；
N=0 ；
until
until
end
end
初始N=n时不同执行序列：
N=N+1；
Print N；
Print N ；
Print N ；
计算机操作系统课件第2章 进程管理
进程的三种基本状态
就绪状态 执行状态 阻塞状态
万事俱备，就差CPU
正在CPU上运行 等待事件，无法运行
新状态和终止状态
新状态是一个进程刚刚建立，但还未 进入就绪队列的状态； 终止状态是当一个进程已经正常或异 常结束，OS已经将它从就绪队列中 移出，但尚未被撤销时的状态； 在进程管理中，新状态和终止状态是 非常有用的。
进程激活的过程
系统利用激活原语active( )将指定进程 激活； 静止就绪→活动就绪 静止阻塞→活动阻塞
进程同步
进程同步的主要任务，是使并发执行的多个 进程之间能有效地共享资源和互相合作，从而使 程序的执行具有可再现性。
进程间存在的两种关系
资源共享关系 互相合作关系
临界资源与临界区
临界资源：一次仅允许一个进程使用 的共享资源，如打印机、磁带机、共 享变量等 临界区：在每个进程中访问临界资源 的那段程序，简称CS区
生产者—消费者举例
1
······
out指针
in指针
n
设置整型变量counter，记录可以消 费的消息数。设它的初值为5。
执行举例
P1: register1=counter;
C1: register2=counter;
P2: register1=register1+1; C2: register2=register2-1;
信号量机制
1965年，荷兰计算机学家Dijkstra 提出了一种卓有成效的进程同步工具— —信号量机制。在应用中，信号量机制 又发展为信号量集机制，现在已被广泛 应用于单处理机和多处理机以及计算机 网络中。
整型信号量
Dijkstra最初将信号量定义为依个整 型量，除初始化外，只能通过两个标准 原子操作wait(s)和signal(s)来访问。这 两个操作被称为P、V操作。可描述为： wait(s): while s≤0 do no_op;
计算机操作系统-汤小丹第4版复习讲义教程第2章进程
对于进程的定义，从不同的角度可以有不同的定义，其 中较典型的定义有：
(1) 进程是程序的一次执行。 (2) 进程是一个程序及其数据在处理机上顺序执行时所 发生的活动。 (3) 进程是具有独立功能的程序在一个数据集合上运行 的过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
进程与程序的主要区别
1）程序是指令的有序集合，其本身没有任何运行的含 义，它是一个静态的概念。而进程是程序在处理机上 的一次执行过程，它是一个动态概念。
图2-6 进程的五种基本状态及转换
2.2.3 挂起操作和进程状态的转换 1. 挂起操作的引入：使正在执行的进程暂停执行； 引入挂起操作的原因，是基于系统和用户的如下需要： (1) 终端用户的需要。 (2) 父进程请求。 (3) 负荷调节的需要。 (4) 操作系统的需要。
与挂起原语Suspend相应的是激活原语Active
如图2-9所示，OS管理的这些数据结构一般分为以下四 类：内存表、设备表、文件表和用于进程管理的进程表，通 常进程表又被称为进程控制块PCB。
图2-9 操作系统控制表的一般结构
2. 进程控制块PCB的作用 (1) 作为独立运行基本单位的标志。 (2) 能实现间断性运行方式。 (3) 提供进程管理所需要的信息。 (4) 提供进程调度所需要的信息。 (5) 实现与其它进程的同步与通信。
图2-5 进程的三种基本状态及其转换
3. 创建状态和终止状态 1) 创建状态 如前所述，进程是由创建而产生。创建一个进程是个很 复杂的过程，一般要通过多个步骤才能完成：如首先由进程 申请一个空白PCB，并向PCB中填写用于控制和管理进程的 信息；然后为该进程分配运行时所必须的资源；最后，把该 进程转入就绪状态并插入就绪队列之中。但如果进程所需的 资源尚不能得到满足，比如系统尚无足够的内存使进程无法 装入其中，此时创建工作尚未完成，进程不能被调度运行， 于是把此时进程所处的状态称为创建状态。
计算机操作系统(第四版)1-8章 课后答案(全)
第一章操作系统引论1.设计现代OS的主要目标是什么？答：方便性，开放性，有效性，可扩充性2.OS的作用可表现在哪几个方面？答：OS作为用户与计算机硬件系统之间的接口；OS作为计算机系统资的管理者；OS实现了对计算机资源的抽象。
3.为什么说操作系统实现了对计算机资源的抽象？答：OS首先在裸机上覆盖一层1/0设备管理软件，实现了对计算机硬件操作的第一层次抽象；在第一层软件上再覆盖文件管理软件，实现了对硬件资源操作的第二层次抽象。
0s通过在计算机硬件上安装多层系统软件，增强了系统功能，隐藏了对硬件操作的细节，由它们共同实现了对计算机资源的抽象。
4·说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么？答：主要动力是提高资源利用率和系统吞吐里，为了满足用户对人一机交互的需求和共享主机。
5.何谓脱机I/O和联机I/O？答：脱机1/0是指事先将装有用户程序和数据的纸带或卡片装入纸带输入机或卡片机，在外围机的控制下，把纸带或一片上的数据或程序输入到殖带上。
该方式下的输入输出由外围机控制完成，是在脱离主机的情况下进行的。
而耽机1/0方式是指程序和数据的輸入输出都是在主机的直接控制下进行的。
6.试说明推动分时系统形成和发展的主要动力是什么？答：推动分时系统形成和发展的主要动力是更好地满足用户的需要。
主要表现在：CPU的分时使用缩短了作业的平均周转时间；人机交互能力使用户能直接控制自己的作业；主机的共享使多用户能同时使用同一台计算机，独立地处理自己的作业。
7.实现分时系统的关键问题是什么？应如何解决？答：关键问题是当用户在自己的终端上键入命令时，系统应能及寸接收并及时处理该命令，在用户能接受的时采内将结果返回给用户。
解决方法：针对及时接收问题，可以在系统中设路多路卡，健主机能同时接收用户从各个终端上轮入的数据；为每个终端配路缓冲区，暂存用户捷入的命令或教据。
针对反时处理问题，应便所有的用户作业都直接进入内存，并且为每个作业分配一个时间片，允许作业只在自己的时间片内运行，这样在不长的时间内，能使每个作业都运行一次。
2-进程管理
CH2 进程管理CPU即处理机的一种，为方便见，以后我们不再区分。
进程是处理机内运行的一个实体，处理机管理核心是调哪个进程到处理机内运行，所以OS把处理机管理纳入进程管理范畴。
在OS 中, 进程管理与存储器管理是最重要的两部分, 也是最接近内核的两层. 在现代OS中, 进程是作为资源分配和独立运行的基本单位. 我们合并第二、三两章，主要内容有:§1 中断#1 中断概念#2 中断功能#3 中断处理§2 多道程序设计§3 进程引入#1 程序的顺序执行及其特征#2 程序的并行执行及其特征#3 进程定义及其特征#4 进程三态及其演变(就绪/执行/阻塞)#5 进程描述(PCB)及其组织(队列/索引)§4 进程控制#1 内核与原语#2 创建与撤消(Create/Destroy)#3 ★挂起与激活(Suspend/Active)#4 阻塞与唤醒(Blocked/Wakeup)§5 进程调度#1 概念(级别, 方式, 术语)#2 调度算法(FIFO/最短时间/最高优先级/轮转/多级反馈)#3 引起调度的原因和实现§6 进程同步#1 概念#2 信号量机制(概念/实现)#3 信号量应用(互斥/同步)#4 经典进程同步问题----例子#5 ★信号量集和管程§7 进程通信#1 类型(内存共享/消息机制/文件共享)#2 直接通信方式(一般模型/应答式/链路)#3 ★直接通信应用(消息缓冲)§8 死锁#1 原因及必要条件#2 预防#3 避免（教材称为预防不恰当）#4 检测#5 解除与书不同处: 处理机调度纳入进程调度；CH7的§1并发进程纳入进程引入一节；进程控制单独列一节§1 中断一、中断概念1、中断：CPU对系统中发生的异步事件的响应处理。
2、中断引入的目的是提高CPU的利用率和系统实时性能。
3、中断是多道程序设计实现的基点。
OS--第二章
程序并发执行的前趋图 程序并发执行
2.1.2进程的描述 进程的描述
1.进程的三个基本状态 1.进程的三个基本状态
运行态/执行态（Running）：当一个进程在处理 运行态/执行态（Running）： ）： 机上运行时，则称该进程处于运行状态。 就绪态（Ready）： ）：一个进程获得了除处理机外 就绪态（Ready）： 的一切所需资源，一旦得到处理机即可运行， 则称此进程处于就绪状态。 阻塞态（Blocked）： ）：（又称挂起状态、等待状 阻塞态（Blocked）： 态）：一个进程正在等待某一事件发生（例如 请求I／O而等待I／O完成等）而暂时仃止运行， 这时即使把处理机分配给进程也无法运行，故 称该进程处于阻塞状态。
进程的三个基本状态转换图 P29 图2-3 进程的三个基本状态转换图
运行态 时间片已用完 进程调度 等待事件已发生 阻 塞 态 等待某一事件发生
就绪态
2.进程状态的转换
三个基本状态之间可能转换和转换原因如下： 就绪态―― 运行态：当处理机空闲时，进程调度程序必将 ――＞ 就绪态――＞运行态 处理机分配给一个处于就绪态的进程 ，该进程便由就绪态转 换为运行态。 运行态―― 阻塞态：处于运行态的进程在运行过程中需要 ――＞ 运行态――＞阻塞态 等待某一事件发生后（例如因I／O请求等待I／O完成后）， 才能继续运行，则该进程放弃处理机，从运行态转换为阻塞 态。 阻塞态―― 就绪态：处于阻塞态的进程，若其等待的事件 ――＞ 阻塞态――＞就绪态 已经发生，于是进程由阻塞态转换为就绪态。 运行态―― 就绪态：处于运行状态的进程在其运行过程中， ――＞ 运行态――＞就绪态 因分给它的处理机时间片已用完，而不得不让出（被抢占） 处理机，于是进程由运行态转换为就绪态。 • 而阻塞态――＞运行态和就绪态――＞阻塞态这二种状态转 换不可能发生。
第2章 进程的描述和控制
引 起 阻 塞 和 唤 醒 的 事 件
请求系统服务
启动某种操作
新数据尚未到 无新工作可做
• 进程阻塞过程 –正在执行的进程，发生上述事件时， 自身调用有关阻塞原语，进入等待队 列。进程的主动性行为。 –进程由运行态变为阻塞态 –引起处理机调度。 –例如UNIX:暂停一段时间sleep；暂停 并等待信号pause；等待子进程暂停或 终止wait。
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• 顺序执行的特征： – 顺序性：按照程序结构所指定的次序 执行（可能有分支或循环） – 封闭性：独占全部资源，计算机的状 态只由于该程序的控制逻辑所决定， 结果不受外界因素的影响 – 可再现性：初始条件相同则结果相同。
2）程序的并发执行
• 引入并发执行的目的是为了提高资源利用率。 • 并发执行的特征（在不加入任何系统控制情况 下）： – 间断性：表现为“走走停停”，一个程序可 能走到中途停下来，失去原有的时序关系； – 失去封闭性：共享资源，受其他程序的控制 逻辑的影响。如：一个程序写到存储器中的 数据可能被另一个程序修改，失去原有的不 变特征。 – 失去可再现性：失去封闭性 －>失去可再现 性；外界环境在程序的两次执行期间发生变 化，失去原有的可重复特征。
执行指针 就绪队列指针
PCB1 PCB2 PCB3 PCB4 PCB5 PCB6 PCB7 PCB8 PCB9 4 3 0 8
阻塞队列指针 空闲队列指针
7 9 0 0
索引方式
执行指针
PCB1 PCB2
PCB3
就绪表指针
PCB4 PCB5 PCB6
阻塞表指针
PCB7
2.2
进程控制
• 进程管理中最基本功能是进程控制 • 进程控制任务： – 进程的创建、终止、进程状态的转变等 • 进程控制一般由OS内核的原语（primitive）来 实现。 – 原语：由若干条指令构成的“原子操作 (atomic operation)”过程，作为一个整 体而不可分割－－要么全都完成，要么全 都不做。 – 许多系统调用是原语。但并不是所有的系 统调用都是原语
计算机操作系统(第三版)汤小丹第2章
注意：1)“本章要点”部分，用红字标注的不是期末考试出题范围。
2)“习题部分”用蓝字标注的是重点习题，期末考试50%的题目是这些习题的原题。
红字标注的习题期末考试不考，仅供考研的同学参考。
3）大部分习题答案只给出要点，同学们可以自行适当补充，但一定要简明扼要。
4）如“本章要点”部分用红字标注的非考试内容，在“习题”部分有相关的重点习题，则对该部分内容只需做该习题即可。
------------------------------------------------------------第二章要点这一章和第3章是本课程最重要的两章。
2.1 进程的基本概念本小节重点内容是进程的概念、进程的三种状态及转换（围绕P38图2-5理解）、进程控制块FCB的概念及作用、进程就绪队列和阻塞（等待）队列的概念。
其它内容作一般性的了解即可。
2.2 进程控制掌握原语的概念。
其它内容作一般性的了解即可。
2.3 进程同步这一小节是至关重要的，也是相当难的。
（1）P47-50，临界资源问题、临界区的概念、同步机制应遵循的规则。
（2）P50，整型信号量原语的含义，及其缺点。
（3）P51，记录型信号量原语的含义，特点，及其优点（与整形信号量对比）。
（4）P52-53 AND型信号量和信号量集，一般性了解。
（5）P53 2.3.3 信号量的应用，一般性了解。
（6）P55 管程，一般性了解。
只有凭借毅力，坚持到底，才有可能成为最后的赢家。
这些磨练与考验使成长中的青少年受益匪浅。
在种2.4 经典进程的同步问题熟练掌握用记录型信号量解生产者—消费者、哲学家进餐、读者--写者问题。
其它解法（AND信号量、信号量集、管程等）可以不看。
2.5 进程通信：一般性了解。
2.6 线程概念性的掌握什么是线程、线程与进程主要的异同、线程的状态、内核线程、用户线程。
对于软件班和数学班的同学，上述概念将结合实验考核，二学历班的同学无此要求。
教材习题1 什么是前驱图？为什么要引入前驱图？答：P35。
《操作系统》复习大纲及习题
《计算机操作系统》复习要点及习题第一章操作系统概述1、操作系统的定义及特征2、操作系统分类：批处理、分时、实时；三种系统的特点；3、理解并发与并行第二章进程管理1、进程的概念2、进程的结构、三种基本状态及状态之间的转换和转换条件3、进程与程序的联系与差别4、进程的并发执行使进程失去顺序性，可能产生与时间有关的错误。
5、共享变量、临界区、临界资源的概念6、进程互斥的概念7、重点：信号量机制——定义整形变量如S表示信号量，S的初值、S>0表示有S个资源可用、S<0则| S |表示S等待队列中的进程个数、S=0表示无资源可用的含义。
P(S)、V(S)操作的含义。
使用信号量机制实现进程互斥、同步问题。
P(S) 表示申请一个资源、V(S) 表示释放一个资源。
P.V操作必须成对出现，有一个P操作就一定有一个V操作。
当为互斥操作时，它们同处于同一进程；当为同步操作时，则不在同一进程中出现。
8、生产者-消费者问题第三章处理机调度与死锁1、重点：处理机调度算法（必须有完整的计算过程，只有结果无过程不能给满分）（1）、先到先服务算法（FIFO）（2）、短作业优先算法（SJF）给定一作业，假定它们同时到达，并且在一台处理机上按单道方式执行，则短作业优先调度算法平均周转时间为最短。
（3）、高响应比优先调度算法（4）、最高优先数算法（5）、循环轮转/时间片轮转算法(RR)2、死锁的概念——一组进程中的每一个进程，均无限期地等待此组进程中某个其他进程占有的，因而永远无法得到的资源，这种现象称为进程死锁。
3、死锁四个必要条件：资源独占、保持申请、不可剥夺、循环等待4、死锁四种处理方法：死锁预防、死锁避免、死锁检测、死锁恢复5、死锁预防的两种方法：预先分配策略、有序分配策略6、死锁避免：进程提出资源请求，系统在分配之前进行安全性检测，若使进程进入不安全状态，则拒绝分配。
重点：银行家算法（必须有完整的计算过程，只有结果无过程不能给满分）6、死锁恢复四种方式：重新启动、终止进程、剥夺资源、进程回退第四章内存管理1、分区分配策略——最先适应算法、最佳适应算法、最坏适应算法。
操作系统 进程管理PPT课件
第三章 进程的描述与控制
17
PCB的内容
进程描述信息：
进程标识符(process ID)，唯一，通常是一个整数 进程名，通常基于可执行文件名（不唯一） 用户标识符(user ID)；进程组关系
进程控制信息：
当前状态 优先级(priority) 代码执行入口地址 程序的外存地址 运行统计信息（执行时间、页面调度） 进程间同步和通信；阻塞原因
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。
进程是一个程序与其数据一道通过处理机的 执行所发生的活动
第三章 进程的描述与控制
7
进程同程序的比较
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。
间断性 失去程序的封闭性 不可再现性
第三章 进程的描述与控制
6
2.1.2 进程的定义
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。进程有很多各式各样的定义， 如：
行为的一个规则叫做程序，程序在处理机上 执行时所发生的活动称为进程（Dijkstra）
第三章 进程的描述与控制
16
2.1.5 进程控制块（Process Control Block）
为了描述一个进程和其它进程以及系统资源 的关系，为了刻画一个进程在各个不同时期 所处的状态，人们采用了一个与进程相联系 的数据块，称为进程控制块（PCB）。
系统利用PCB来控制和管理进程，所以PCB 是系统感知进程存在的唯一标志 进程与PCB是一一对应的
华南理工大学 操作系统课件第2章进程描述与控制
于空闲状态。由于I/O操作比CPU计算慢得多，故常会出 现内存中所有进程都等待I/O的现象。
它们不需要CPU，但仍然占据内存！
如何提高效率？ 再建立一些新进程？内存会不够用！
为此可采用交换方法，将内存中的一部分进程转移到磁盘中。
需增加一个新的挂起状态，当内存所有进程阻塞时，操作系统 可将一进程置为挂起状态并交换到磁盘，再调入另一进程执行。 与原有的阻塞和就绪状态结合：阻塞挂起状态和就绪挂起状态。
在进程运行过程中，由于自身进展情况及外界 环境的变化，它们的状态不断发生变化。
运行态Running、 非运行状态划分为：
就绪态Ready 阻塞态Blocked。 还有创建New和终止Exit两种状态。
18
2.1.2 进程状态模型
创建
准许 就 绪
事件 发生
阻塞
分派 超时
运行
等待 事件
释放 终 止
• 运行：进程已占有 CPU，当前处于运行状态。 • 就绪；进程已准备好运行，等待获得 CPU。 • 阻塞；进程等待某些事件发生（如I/O操作）后才能运行。 • 创建：进程刚产生，但还未被操作系统提交到可运行进程队 列（就绪队列）中。
38
PCB的组织
39
PCB的组织
40
小结
➢ 为什么要引入 进程 的概念？ ➢ 进程的定义
与程序概念的区别联系
➢ 进程的状态
变迁模型
➢ 进程的描述
数据结构、进程映像、PCB
Linux源码
41
2.3 进程控制
操作系统负责控制和管理进程的产生、执行和消亡 的整个过程，这主要通过对它们的控制操作实现。 ➢ 单个进程
第二章 操作系统进程(练习题答案)
第二章进程管理1.操作系统主要是对计算机系统全部 (1) 进行管理，以方便用户、提高计算机使用效率的一种系统软件。
它的主要功能有：处理机管理、存储管理、文件管理、 (2) 管理和设备管理等。
Windows和Unix是最常用的两类操作系统。
前者是一个具有图形界面的窗口式的 (3) 系统软件，后者是一个基本上采用 (4) 语言编制而成的的系统软件。
在 (5) 操作系统控制下，计算机能及时处理由过程控制反馈的信息并作出响应。
供选答案：(1): A. 应用软件 B. 系统软硬件C. 资源D. 设备(2): A. 数据 B. 作业C. 中断D. I/O(3): A. 分时 B. 多任务C. 多用户D. 实时(4): A. PASCAL B. 宏C. 汇编D. C(5): A. 网络 B. 分时C. 批处理D. 实时答案：CBBDD2.操作系统是对计算机资源进行的 (1) 系统软件，是 (2) 的接口。
在处理机管理中，进程是一个重要的概念，它由程序块、 (3) 和数据块三部分组成，它有3种基本状态，不可能发生的状态转换是 (4) 。
虚拟存储器的作用是允许程序直接访问比内存更大的地址空间，它通常使用 (5) 作为它的一个主要组成部分。
供选答案：(1): A. 输入和输出 B. 键盘操作C. 管理和控制D. 汇编和执行(2): A. 软件和硬件 B. 主机和外设C. 高级语言和机器语言D. 用户和计算机(3): A. 进程控制块 B. 作业控制块C. 文件控制块D. 设备控制块(4): A. 运行态转换为就绪态 B. 就绪态转换为运行态C. 运行态转换为等待态D. 等待态转换为运行态(5): A. 软盘 B. 硬盘C. CDROMD. 寄存器答案：CDADB3.在计算机系统中，允许多个程序同时进入内存并运行，这种方法称为 D。
A. Spodling技术B. 虚拟存储技术C. 缓冲技术D. 多道程序设计技术4.分时系统追求的目标是 C。
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OS
内 核 两 大
O S内核
进程管理
进程的调度、分派、 创建、撤消等。
中断处理
原语 存储器管理 操作
硬件
时钟 管理 设备管理
动如盘程、系命调文统令度件内内虚调输、操存存拟用入设作分保内、、备等配护存键进驱。与与管回对理C收换等资实P设、、。原用程原有源现U支备与语于。子动管设撑驱独I：完操作理备/O动立由成作要分不程性若一：么配匹序等干定一不和配：。条功个做设的时度控缓指能操、备矛间间、制和令的作要的盾控片截、构一中么，制轮止最成个的全等转时长、过所部调间时 完成。
2
进程与程序的区别：
1)进程是一次运行的过程，属于一种动态的概念；而程序是 指令的集合，是一个静态的概念。 2)进程可以并发执行；而程序不能。 3)进程是有生命期的；而程序是永久的。 4)进程是系统资源分配的独立单位，而程序则不行。 5) 一个程序可以对应多个进程。当同一程序同时运行于若干 个不同的数据集合上时，它将属于若干个不同的进程。
紧张时，暂停某些进程，如：CPU繁忙（或实时任务执行）， 内存紧张
(4) 操作系统的需要。
(5) 进程全部阻塞，处理机空闲。
10
第二章 进程的描述与控制 11
第二章 进程的描述与控制
激活（Activate）：把一个进程从外存转到内存； 可能有以下几种情况：
就绪挂起就绪：没有就绪进程或挂起就绪进程优 先级高于就绪进程时，会进行这种转换；
读出进程的状态
三大类在：Running状态：终止执 1、正行常、结设束置；调度状态为真。 2、异常结束： （ （ （135） ） ）越 特 运有界 权 行子错 指 超进误 令 时程； ； ；孙：（（（进246终）））程止非等保。所法待护指超错有令时；的；；子
（7）算术溢出； （8） I/O故障；
3、外将界进干程扰拥：有的资源归还给 （（12））O父S进/操程父作请进员求程终；或止O；S （3）父进程终止。
第二章 进程的描述与控制 38
第二章 进程的描述与控制 39
第二章 进程的描述与控制 40
阻塞挂起阻塞：当一个进程释放足够内存时，系 统会把一个高优先级阻塞挂起（系统认为会很快 出现所等待的事件）进程激活；
12
第二章 进程的描述与控制
活动就绪状态(Readya)：进程在内存，准备进入运行状态； 活动阻塞状态(Blockeda)：进程在内存并等待某事件的出现； 静止阻塞状态（Blockeds）：进程在外存并等待某事件的出现； 静止就绪状态（Readys）：进程在外存，但只要进入内存，即
编译程序
user1.c
user2.c
3
第二章 进程的描述与控制
进程状态及转换
创建
调度
执行 结束
终止
就绪
因等待事件 1.时间片到 发生而唤醒 2.高优先级 等待
阻塞
等待某事 件而睡眠
4
第二章 进程的描述与控制
创建 进程 事件1出现
事件2出现 …
事件n出现
时间片完、高优先级
就绪队列
进程 调度
完成 CPU
18
第二章 进程的描述与控制
2. 进程控制块PCB的作用 (1) 作为独立运行基本单位的标志。唯一标志 (2) 能实现间断性运行方式。 CPU现场保护和恢复 (3) 提供进程管理所需要的信息。
内外存起始地址、资源清单 (4) 提供进程调度所需要的信息。
状态、优先级、执行等待时间 (5) 实现与其它进程的同步与通信。
表征其实体，我们称之为资源信息表或进程信息表，其中包 含了资源或进程的标识、描述、状态等信息以及一批指针。
通过这些指针，可以将同类资源或进程的信息表，或者 同一进程所占用的资源信息表分类链接成不同的队列，便于 操作系统进行查找。
17
第二章 进程的描述与控制
OS管理的这些数据结构一般分为以下四类：内存表、 设备表、文件表和用于进程管理的进程表，通常进程表又被 称为进程控制块PCB。
(7) 执行→静止就绪： (8) 活动阻塞→执行：
对抢先式分时系统，当有高优先级阻塞挂起进程因事件出现而进入就绪 挂起时，系统可能会把运行进程转到就绪挂起状态
16
第二章 进程的描述与控制
2.2.4 进程管理中的数据结构 1. 操作系统中用于管理控制的数据结构 OS是将各类资源抽象为各种数据结构。 对于每个资源和每个进程都设置了一个数据结构，用于
(2) 链接方式，即把具有相同状态进程的PCB分别通过 PCB中的链接字链接成一个队列。这样，可以形成就绪队 列、若干个阻塞队列和空白队列等。
23
第二章 进程的描述与控制
(3) 索引方式，即系统根据所有进程状态的不同，建立 几张索引表，例如，就绪索引表、阻塞索引表等，并把各索 引表在内存的首地址记录在内存的一些专用单元中。在每个 索引表的表目中，记录具有相应状态的某个PCB在PCB表中 的地址。
进程阻塞
进程唤醒
所期待的事件出现
调用唤醒原语 Wakeup()
如I/O完成、期望的 数据到达、有新的 任务要执行等等。
从阻塞队列移出
注意： Blo在ckP原CB中语把和wakeup原把语进程是插一入到对 作用刚好相Bloc反ked的→R过ead程y ，必须成对就绪出队现列。
2.3.5 进程的挂起与激活
进程创建过程
创建进程请求
产生新为进进程程事分件配：资源
为进程的程序代码、 用户登录：当合法用户
数（程据1ID）用、O将户空S父系栈间进统分。程分配ID配内写的存入进登作录业时调度：批处理系统， 调用P（向C创2程BC）建。序re将进a的t程(程)入序原口计语地数址器、指把提服一供务个服请作务求初业：时始当调。化度系P执统C行收B 时到。
把对应的PCB设成空
2.3.4 进程阻塞与唤醒
进程出现某事件 无法继续执行
调用Block()原语
停止进程的执行
1、把向P系CB统插请入求到共B享lo资c源ke失d队败列
2、等待某种操作完成 3、新数据尚未达到
4、等待新保任存务C的PU到现达场
转调度程序 进行新的调度
状态Running →Blocked
可准备运行；
13
第二章 进程的描述与控制
2. 引入挂起原语操作后三个进程状态的转换 在引入挂起原语Suspend和激活原语Active后，在它们的作 用下，进程将可能发生以下几种状态的转换： (1) 活动就绪→静止就绪。一般，OS挂起阻塞进程，但有时 也会挂起就绪进程，释放足够的内存空间。 (2) 活动阻塞→静止阻塞。OS通常将阻塞进程换出，腾出内 存空间。 (3) 静止就绪→活动就绪。OS需要调入内存执行。 (4) 静止阻塞→静止就绪。期待的事件出现。
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第二章 进程的描述与控制
3. 进程控制块中的信息 在进程控制块中，主要包括： 1) 进程标识符
(1) 外部标识符。(2) 内部标识符。
2) 处理机状态 处理机状态信息也称为处理机的上下文，主要
是由处理机的各种寄存器中的内容组成的。 通用寄 存器、指令计数器、程序状态字、用户栈指针
20
第二章 进程的描述与控制
21
第二章 进程的描述与控制
4. 进程控制块的组织方式 PCB组织方式有以下三种。 (1) 线性方式，即将系统中所有 的PCB都组织在一张线性表中，将 该表的首址存放在内存的一个专用 区域中。该方式实现简单、开销小， 但每次查找时都需要扫描整张表， 因此适合进程数目不多的系统。
22
第二章 进程的描述与控制
24
第二章 进 程 管 理
2.3 进程控制
2.3.1 OS内核
与硬件紧密相关的模块（中断处理程序） 常用设备的驱动程序（键盘、显示器） 运行频率高的模块（时钟管理、进程调度等） 关键性的数据结构（如进程控制块PCB）
第二章 进 程 管 理
2.3 进程控制
处理机两种执行状态：系统态和用户态。两种 执行模式
阻塞队列 1
阻塞队列 2 …...
阻塞队列 3
等待事件1 等待事件2
…
等待事件n
5
第二章 进程的描述与控制 6
第二章 进程的描述与控制
交换技术
将内存中暂时不能运行的进程，或 暂时不用的数据和程序，换出到外存， 以腾出足够的内存空间，把已具备运行 条件的进程，或进程所需要的数据和程 序，换入内存。
7
第二章 进程的描述与控制
挂起（Suspend）操作：把一个进程从内存转到外存； 可能有以下几种情况： 阻塞 (活动阻塞) 阻塞挂起 (静止阻塞) 就绪 (活动就绪) 就绪挂起 (静止就绪) 执行 就绪挂起 (静止就绪)
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第二章 进程的描述与控制
挂起与阻塞
阻塞与否：是否等待事件 挂起与否：是否被换出内存
4种状态组合： 就绪：进程在内存，准备执行 阻塞：进程在内存，等待事件 就绪挂起：进程在外存，需调入内存，准备执行 阻塞挂起：进程在外存，等待事件
阻塞对应唤醒，挂起对应激活
9
第二章 进程的描述与控制
2.2.3 挂起操作和进程状态的转换 1. 挂起操作的引入 引入挂起操作的原因，是基于系统和用户的节的需要。为运行进程提供足够内存：资源
第二章 进程的描述与控制
复习
进程是什么？进程实体组成？ 进程的特征？与程序的区别。 进程的状态及转换
1
第二章 进程的描述与控制
进程实体（进程影像）组成：程序、 数据、进程控制块（PCB）。
PCB是系统感知进程存在的唯一标 识。PCB包含进程的描述信息、控 制信息、资源信息等。
进程特征： 动态性、并发性、独立性、异步性
挂起
出现挂起事件 调用挂起原语
suspend() 活动就绪?
置成静止就绪
活动堵塞? 置成静止堵塞
正在执行? 置成静止就绪 转调度程序