操作系统原理第四章(02)

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4.3 进程控制 4.3.1 进程控制的概念
New Admit Ready
Dispatch
Timeout
Running
Release
Exit
Event Occurs
ate
t en t Ev ai W
Cre
Blocked
五状态进程模型(状态变迁)
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4.3 进程控制 4.3.1 进程控制的概念
Ready Queue Admit Dispatch Processor Release
4.5 进程互斥
4.5.3 锁和上锁、开锁操作 当进程使用某个临界资源之前必须完成下列操作： 1、考察锁位的值；（是否上锁） 2、若原来的值是为“0”（未上锁），将锁位置为“1”（上 锁），并进入临界区； 3、若原来值是为“1”（已上锁），则转到1。 当进程使用完资源后，将锁位置为“0”（开锁）。 在考察锁位的值和上锁操作之间，锁位不得被其他进程 所改变，通过原语来实现。 若不通过原语实现，会有什么问题？
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4.5 进程互斥
4.5.1 互斥的概念 ３．互斥 当某一进程正在访问某临界区时，就不允许其它进 程进入，否则就会发生无法估计的错误。 进程之间的这种相互制约关系称为互斥。 例如：飞机定票系统中的机票库
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4.5 进程互斥
4.5.2 进程互斥的软件实现 算法1：单标志
while (turn != i);
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4.5 进程互斥
4.5.2 进程互斥的软件实现
算法3：双标志、后检查
flag[i] = TRUE; while (flag[j]); critical section flag[i] = FALSE; remainder section <b> <a>
缺点： Pi和Pj可能都进入不了临界区。 按下面序列执行时，会都进不了临界区：“Pi<b> Pj<b> Pi<a> Pj<a>”。 原因：在切换自己flag之后和检查对方flag之前有一段时间 ，结果都切换flag，都检查不通过。 35
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4.3 进程控制
4.3.4 进程挂起
进程挂起的内部调用形式（UNIX系统）： sleep(chan,pri) 其中： chan 进程挂起（睡眠）的原因； pri 进程被唤醒后的优先级
一般调用形式： susp(chan) 其中：chan 进程等待的原因
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4.3 进程控制
4.3.4 进程挂起
算法 susp 输入：chan 等待的原因 ｛ 保护现行进程的CPU现场到pcb结构中； 置该进程为“等待”态； 输出：无
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4.5 进程互斥 4.5.3 锁和上锁、开锁操作 上锁原语 算法lock 输入：锁变量w 输出：无 ｛ test: if (w == 1) goto test; /*测试锁的值*/ else w = 1; /*上锁*/ ｝
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4.5 进程互斥 4.5.3 锁和上锁、开锁操作 开锁原语 算法unlock 输入：锁变量w 输出：无 ｛ w = 0; ｝
/*开锁*/
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4.5 进程互斥
4.5.3 锁和上锁、开锁操作 上述算法的缺点： lock原语中的goto语句：忙等待。
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4.5 进程互斥
4.5.3 锁和上锁、开锁操作 改进的算法
算法lock1 输入：锁变量w 输出：无 ｛ while (w == 1) { 保护现行进程的CPU现场； 现行进程入w的等待队列； 置该进程为“等待”状态； 转进程调度程序； } w = 1; /*上锁*/ ｝
4.3 进程控制
4.3.2 进程创建
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4.3 进程控制
4.3.3 进程撤消
进程完成其任务，希望终止时，调用进程撤消原语 来撤消进程。
相当于一个人死亡后，家人要去派出所消户口。
在一般操作系统中进程撤消的系统调用是：kill UNIX系统中是exit()。
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4.3 进程控制
4.3.3 进程撤消
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4.5 进程互斥
4.5.2 进程互斥的软件实现
算法3：双标志、后检查
flag[i] = TRUE; while (flag[j]); critical section flag[i] = FALSE; remainder section <b> <a>
类似于算法2，与互斥算法2的区别在于先修改后检查。可 防止两个进程同时进入临界区。
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4.3 进程控制 4.3.1 进程控制的概念 进程控制功能由各种原语操作来实现。 原语 –一种特殊的系统调用命令，它可以完成一个特定的功 能。 –原语执行时不可中断，即：具有原子性。
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4.3 进程控制 4.3.1 进程控制的概念 在UNIX系统中进程控制的系统调用： fork() sleep() exit() wait() 创建子进程 进程睡眠 进程自已终止（自杀） (父）等待子进程终止
引例中的电话和打印机都属于临界资源。除此之 外，还有内存变量、指针、数组等等也是临界资源。
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4.5 进程互斥
4.5.1 互斥的概念 2、临界区： 每个进程中访问临 界资源的那段程序段称为 临界区。 例：右图中，Q为 临界资源；AB段、CD段 和EF段为临界区。
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4.5 进程互斥
4.5.1 互斥的概念 进入临界区的准则： • 有空让进 当无进程在临界区时，任何有权使用临界区的进程可 进入 • 无空等待 不允许两个以上的进程同时进入临界区 • 有限等待 任何进入临界区的要求应在有限的时间内得到满足
将该进程pcb插入到等chan的等待队列；
转进程调度程序； ｝
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4.3 进程控制
4.3.4 进程挂起
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4.3 进程控制
4.3.5 进程唤醒
一个正在运行的进程会因等待某事件（例如，等 待打印机）的发生，由运行状态转换成阻塞状态，当 它等待的事件发生后，这个进程将由阻塞状态转换成 就绪状态。这种转换由进程唤醒操作完成。 调用进程唤醒操作一般在中断处理、进程通信等 过程中。例如，打印机完成中断处理程序，在完成了 打印完成的操作后，就去检查等待打印机的队列，若 不为空，则调用进程唤醒操作，唤醒一个（或多个） 等待打印机的进程。
Time-out
Event 1 Occurs Event 1 Queue Event 2 Occurs Event 2 Queue
Event 1 Wait
Event 2 Wait
五状态进程模型(多队列结构)
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4.3 进程控制 4.3.1 进程控制的概念 进程控制包括： –进程创建 –进程撤消 –进程阻塞 –进程唤醒 这些功能由各种原语操作来实现。 原语：一种特殊的系统调用命令，它可以完成一个 特定的功能。特点：原语执行时不可中断，即：具有原 子性。
有两个进程Pi, Pj，其中的Pi：
critical section turn = j; remainder section
设立一个公用整型变量 turn：描述允许进入临界区的进程标 识 – 在进入区循环检查是否允许本进程进入：turn为i时，进 程Pi可进入； – 在退出区修改允许进入进程标识：进程Pi退出时，改 turn为进程Pj的标识j。 30
产生相互制约关系的原因： • • 资源共享 进程合作
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4.5 进程互斥
4.5.1 互斥的概念 引例： 宿舍电话的使用 打印机的使用 特点： 资源的使用过程： – 申请资源； – 使用资源（独占）； – 释放资源。
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4.5 进程互斥
4.5.1 互斥的概念 1. 临界资源 一次仅允许一个进程使用的资源称为临界资源。
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4.3 进程控制
4.3.5 进程唤醒
进程唤醒原语的形式： wakeup(chan) 其中：chan 唤醒进程阻塞的原因。
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4.3 进程控制 4.3.5 进程唤醒
算法：wakeup 输入：chan:等待的事件（阻塞原因） 输出：无 { 保护现行进程的CPU现场到pcb结构中； 置该进程为“就绪”态； 将该进程入就绪队列； 找到chan的等待队列的指针； for(该队列上每一个等待进程） { 将该进程移出此等待队列； 置进程状态为“就绪”态； 将进程入就绪队列； } 转进程调度程序； }
wakeup()
进程唤醒
Hale Waihona Puke Baidu
在4.10节介绍。
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4.3 进程控制 4.3.1 进程控制的概念 Unix进程状态变迁图
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4.3 进程控制
4.3.2 进程创建
在 UNIX 系 统 中 用 户 键 入 一 个 命 令 （ 如 date, ps,ls)，shell就创建一个进程。 一个程序如果可分成几个程序段，并且这些程序 段可并发执行，用户程序可使用创建程序的系统调用 创建多个进程，每个进程执行一个程序段。 进程创建类似于人出生后要到派出所报户口。
4.5 进程互斥
4.5.2 进程互斥的软件实现
算法4：先修改、后检查、后修改者等待
flag[i] = TRUE; turn = j; while (flag[j] && turn == j); critical section flag[i] = FALSE; remainder section
结合算法1和算法3，是正确的算法 turn=j;描述可进入的进程（同时修改标志时） 在进入区先修改后检查，并检查并发修改的先后： – 检查对方flag，如果不在临界区则自己进入－－空闲则入 – 否则再检查turn：保存的是较晚的一次赋值，则较晚的进 36 程等待，较早的进程进入－－先到先入，后到等待
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4.3 进程控制 4.3.5 进程唤醒
• 按此算法，是把等待在chan事件上的所有进程唤醒， 类似于UNIX系统的处理方式。 • 也有的系统只唤醒一个等待chan事件的进程：等待队 列就要按某种优先级排队。 • 进程唤醒操作会引起就绪队列和等待chan事件的等待 队列发生变化。
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4.4进程的相互制约关系
算法 kill 输入：无 ｛ 由运行指针得当前进程的pid； 释放本进程所占用的资源给父进程； 输出：无
该进程从总链队列中摘除；
释放此pcb结构； 转进程调度程序； ｝
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4.3 进程控制
4.3.3 进程撤消
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4.3 进程控制
4.3.4 进程挂起
当一个处在运行状态的进程，因等待某个事件的 发生（如等待打印机）而不能继续运行时，将调用进 程挂起系统调用，把进程的状态置为阻塞状态，并调 用进程调度程序（等于让出处理机）。 调用进程挂起操作是在进程处于运行状态下执行 的。它将引起等待某事件的队列的改变。
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4.3 进程控制
4.3.2 进程创建
进程创建原语： create(name,priority,start_addr) 其中： name: 进程标识符； priority： 进程优先级； start_addr: 程序开始地址。
UNIX系统： fork()
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4.3 进程控制
4.3.2 进程创建
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第四章 并发处理
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4.3 进程控制 4.3.1 进程控制的概念
进程有生命周期：产生、运行、暂停、终止。对进 程的这些操作叫进程控制。 进程控制的职责是对系统中全部进程实施有效的管 理，它是处理机管理的部分（另一部分是进程调度）， 当系统允许多进程并发执行时，为了实现共享、协调并 发进程的关系，处理机管理必须提供对进程实行有效的 管理。
4.5 进程互斥
4.5.2 进程互斥的软件实现 算法1：单标志 缺点： 强制轮流进入临界区，没有考虑进程的实际需要。 容易造成资源利用不充分：在Pi出让临界区之后，Pj 使用临界区之前，Pi不可能再次使用临界区。
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4.5 进程互斥
4.5.2 进程互斥的软件实现
算法2：双标志、先检查
while (flag[j]); flag[i] = TRUE; critical section flag[i] = FALSE; remainder section <a> <b>
设立一个标志数组flag[]：描述进程是否在临界区，初值均为 FALSE。 – 先检查，后修改：在进入区检查另一个进程是否在临界 区，不在时修改本进程在临界区的标志，然后进入； – 在退出区修改本进程在临界区的标志。
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4.5 进程互斥
4.5.2 进程互斥的软件实现
算法2：双标志、先检查 while (flag[j]); <a> flag[i] = TRUE; <b> 优点： critical section 不用交替进入，可连续使用。 flag[i] = FALSE; 缺点： remainder section Pi和Pj可能同时进入临界区。 按 下 面 序 列 执 行 时 ， 会 同 时 进 入 ： “ Pi<a> Pj<a> Pi<b> Pj<b>”。 原因：在检查对方flag之后和切换自己flag之前有一段 时间，结果都检查通过。