分布式进程管理ppt幻灯片
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进程管理ppt课件
进程管理
4.8.3.2 PIPE通信
◆管道的最简单用法是在UNIX Shell命令中用符号“|”
把2个相关命令连接起来
◆ who | sort | more
第四章
进程管理
4.8.4 消息传递
4.8.4.1 一对一
进程空间 进程 q 调用 发送命令 send(p,m) 消息链 操作系统 进程空间
client1
┇ ┇
mutex Sm
send(server, m1)
┇
:: clientn
┇ ┄ ::
PCB(server) 消息链
server
while forever do begin receive(pid, m) case pid of client1: 服务模块 1
┇
send(server, mn)
间ATT(average turn around time)
◆响应时间RT(response time)
第四章
进程管理
4.9.2 调度算法
4.9.2.1 先来先服务(FCFS: first come first service)
第四章
进程管理
4.9.2.2 最短周期优先
◆ SBF允许剥夺式调度
周转时间
ATT
q
0 1 2 3 4 5 6 7
图4-17 q与ATT的关系
第四章
进程管理
4.9.2.5 多队列反馈法
队列 0 1 2
优先级 高 中 低
时间片 8 16 24
图4-18 多队列反馈调度
┄ ┄ ┄
第四章
进程管理
4.9.3 调度实现 ◆保存下行进程的上下文
◆按上述调度算法从就绪队列选出上行进程
进程管理 PPT课件
• 要解决这些问题，用程序的概念已经不能描述
程序在内存中运行的状态，必须引人新的概念 －－进程。
2.1.1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。
图中每个结点可用于描述一条语句、一个程序段或进程 结点间的有向边则表示在两结点之间存在的偏序或前趋关系 “→”，→={（ Pi ， Pj ） |Pi must complete before Pj may start } 如果（Pi，Pj）∈→，可写成 Pi→Pj；，称Pi是Pj 的直接前趋，而Pj是Pi的直接后继。 在前趋图中，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) 。
parend; Si(i=1,2,3,...,n) 表 示 n 个 语 句 （ 程 序 段），这 n 个语句用 parbegin 和 parend 括起来 表示这n个语句是可以并发执行的。这是 Dijkstra提出的。
2.1.3程序的并发执行及其特征
假设有一个程序由 S0～Sn+1个语句，
其中 S1 ～ Sn 语句是并发 执行的，程序如下： S0;
parbegin S1;S2;S3;...;SN parend; Sn+1;
2.1.3程序的并发执行及其特征
程序并发执行时的特征
1、间断性(执行—暂停—执行)
2、失去了程序的封闭性 3、不可再现性(失去封闭性引起)
例如，有两个循环程序 A和B，它们共享一个变量 N。程序 A每执行一次时，都要做N∶=N+1操作；程序B每执行一次时， 都要执行Print(N)操作，然后再将N置成“0”。程序A和B以不 同的速度运行。 可能出现以下三种情形：
第3章进程管理PPT教学课件
可重入程序（纯代码）：执行过程中不变的代 码。
2020/12/12
6
进程的特性
并发性：系统中同时存在着若干进程。 动态性：进程状态不断变化。 独立性：进程是分配资源的独立单位。 交往性：与其它进程交换信息。 异步性：以不可预知的速度向前推进。 结构性：一个进程包括三个部分：程序，
数据，进程控制块。
2020/12/12
9
进程状态及其转换
➢ 进程基本状态
➢ 就绪：拥有了除CPU之外的所有资源。 ➢ 运行：进程在CPU上运行。 ➢ 等待：进程等待某事件发生，如：读磁盘，打印、读
文件等等。
➢ 进程状态之间的转换
➢ 创建一个进程时，进程处于就绪状态。 ➢ 随着拥有（或等待）的资源不同，进程在不同的状态
4、哪些状态的转换是可能的，哪些是不可能 的。如：等待运行（）。
5、一个完整的进程由程序、数据、进程控制
快组成。进程的任何状态变化都在PCB之中
反映出来。
2020/12/12
12
进程队列
处在就绪状态和等待状态的进程不止一个。 （但在任一时刻，处在运行状态的进程最多 只有一个）。
引起进程状态变化的原因也很多。
2020/12/12
7
进程控制块（PCB）
定义：描述进程外部特性的数据结构。
内容：
标识信息：进程标识符；特征；当前状态。
说明信息：拥有资源和等待资源。内存地址、 I/O设备、外存、数据区等。
管理信息：进程优先数；队列指针。
现场信息：记录进程释放处理机时的现场信 息，PSW、通用寄存器等。
作用：PCB是进程存在的唯一标志。进程 的动态、并发特性通过PCB表现出来。
2020/12/12
8
2020/12/12
6
进程的特性
并发性：系统中同时存在着若干进程。 动态性：进程状态不断变化。 独立性：进程是分配资源的独立单位。 交往性：与其它进程交换信息。 异步性：以不可预知的速度向前推进。 结构性：一个进程包括三个部分：程序，
数据，进程控制块。
2020/12/12
9
进程状态及其转换
➢ 进程基本状态
➢ 就绪：拥有了除CPU之外的所有资源。 ➢ 运行：进程在CPU上运行。 ➢ 等待：进程等待某事件发生，如：读磁盘，打印、读
文件等等。
➢ 进程状态之间的转换
➢ 创建一个进程时，进程处于就绪状态。 ➢ 随着拥有（或等待）的资源不同，进程在不同的状态
4、哪些状态的转换是可能的，哪些是不可能 的。如：等待运行（）。
5、一个完整的进程由程序、数据、进程控制
快组成。进程的任何状态变化都在PCB之中
反映出来。
2020/12/12
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进程队列
处在就绪状态和等待状态的进程不止一个。 （但在任一时刻，处在运行状态的进程最多 只有一个）。
引起进程状态变化的原因也很多。
2020/12/12
7
进程控制块（PCB）
定义：描述进程外部特性的数据结构。
内容：
标识信息：进程标识符；特征；当前状态。
说明信息：拥有资源和等待资源。内存地址、 I/O设备、外存、数据区等。
管理信息：进程优先数；队列指针。
现场信息：记录进程释放处理机时的现场信 息，PSW、通用寄存器等。
作用：PCB是进程存在的唯一标志。进程 的动态、并发特性通过PCB表现出来。
2020/12/12
8
《进程管理》课件
和协作。
进程迁移
02
为了提高系统可靠性和可用性，分布式系统支持进程迁移，确
保关键任务能够持续运行。
负载均衡
03
分布式系统通过负载均衡技术，将任务分配到不同节点上执行
，提高系统整体性能。
THANKS
感谢观看
当系统中存在多个等待资源的进程，且每 个进程都持有至少一个资源并等待获取被 其他进程持有的资源时，就会产生死锁。
通过设置资源分配顺序或限制资源请求量 来避免饥饿。
• 死锁预防
• 死锁避免
通过破坏死锁产生的必要条件来预防死锁 ，例如预先分配资源、设置最大需求量等 。
在分配资源时进行检测和限制，避免产生 死锁，例如银行家算法。
进程的状态及其转换
总结词
阐述进程的三种基本状态及转换关系
详细描述
进程状态分为新建、运行、阻塞和就绪等状态。新建状态是进程被创建时的状态，运行状态是进程获 得CPU并执行的状态，阻塞状态是进程等待某个条件成立而暂时无法执行的状态，就绪状态是进程已 具备运行条件但未获得CPU时的状态。不同状态之间可以相互转换。
进程管理在操作系统中的应用
01
02
03
进程调度
操作系统通过进程调度算 法，合理分配系统资源， 确保进程能够高效地运行 。
进程同步
操作系统提供进程同步机 制，实现多个进程之间的 协同工作，避免资源竞争 和死锁。
进程通信
进程之间通过消息传递、 共享内存等方式进行通信 ，实现数据交换和协同工 作。
多核处理器下的进程管理技术
进程与程序的区别和联系
总结词
比较进是程序的一次执行过程，具有动态特性和独立性。 程序是静态的，而进程是动态的。程序是永存的，进程是暂时的。程序是过程的代码， 而进程是执行这些代码的过程。一个程序可以对应多个进程，但一个进程不能对应多个
《进程管理》PPT幻灯片
⑷处理机状态（CPU现场保护）
• 通用R • PC指令计数器 • 程序状态字PSW • 用户栈指针
26.09.2020
20
CPU现场保护信息（进程上下文）
当处理机被中断时，各种Register的内容都必须保存在被中断进 程的PCB中，以便在改进程重新执行时，能从断点继续执行。
(1)通用R（用户可视寄存器）8-32个(在RISC结构中，可超过10 0）
LIST在一个特殊区域） • 3. 初始化PCB • 4. 将新进程插入就绪队列。
26.09.2020
31
创建原语
Procedure create (n,s0,P0,m0,R0,acc)
begin
i:=get internal name(n);
获得内部名
i.id :=n;
填外部名
i.priority := P0; i.CPUstate:= s0; i.mainstore:= m0; i.resources:= R0; i.status:=readys;
运行队列：单机系统中整个系统一个。
26.09.2020
23
2.1.5进程控制块(2)
• 链接方式 把具有相同状态的PCB，
用其中的链接字，链接 成一个队列。
执行指针
就绪队列指针
多个 阻塞队列指针
空闲队列指针
26.09.2020
PCB1 PCB2 PCB3 PCB4 PCB5 PCB6 PCB7 PCB8 PCB9
思考：① 哪些程序段的执行必须是顺
序的？为什么？
② 哪些程序段的执行是可并行的？为
什么？
6
程序的并发执行(2)
• 二、特征
• 间断性 • 失去封闭性：主要由共享资源引起 • 不可再现性：P37例，设N的初值为n。
• 通用R • PC指令计数器 • 程序状态字PSW • 用户栈指针
26.09.2020
20
CPU现场保护信息（进程上下文）
当处理机被中断时，各种Register的内容都必须保存在被中断进 程的PCB中，以便在改进程重新执行时，能从断点继续执行。
(1)通用R（用户可视寄存器）8-32个(在RISC结构中，可超过10 0）
LIST在一个特殊区域） • 3. 初始化PCB • 4. 将新进程插入就绪队列。
26.09.2020
31
创建原语
Procedure create (n,s0,P0,m0,R0,acc)
begin
i:=get internal name(n);
获得内部名
i.id :=n;
填外部名
i.priority := P0; i.CPUstate:= s0; i.mainstore:= m0; i.resources:= R0; i.status:=readys;
运行队列：单机系统中整个系统一个。
26.09.2020
23
2.1.5进程控制块(2)
• 链接方式 把具有相同状态的PCB，
用其中的链接字，链接 成一个队列。
执行指针
就绪队列指针
多个 阻塞队列指针
空闲队列指针
26.09.2020
PCB1 PCB2 PCB3 PCB4 PCB5 PCB6 PCB7 PCB8 PCB9
思考：① 哪些程序段的执行必须是顺
序的？为什么？
② 哪些程序段的执行是可并行的？为
什么？
6
程序的并发执行(2)
• 二、特征
• 间断性 • 失去封闭性：主要由共享资源引起 • 不可再现性：P37例，设N的初值为n。
进程管理 PPT
被竞争访问就绪队列是临界资源。 排队进程的作用是判断和修改新来 的进程的链接指针，它就是访问临 界资源的那段代码，即临界区。
2021年8月15日星期日
第4章 进程管理 37/45
4.3进程的同步与通信
2.在插入就绪队列问题中为什么 F进程会被独立？
由于E进程尚未完成指针的链接， 就被中断，而进入F进程的中断 务程序只能完成判断，无法挂入， 所以中断返回后，不再会有中断 信号理F进程，所以F进程就像 掉入了大海再也找不到了。
包权
人书友圈7.三端同步
4.1 进程的概念及实体
4.1 进程的概念及实体
4.1.1进程概念的引入
4.1.2进程的基本概念
2021年8月15日星期日
第4章 进程管理 5/45
4.1 进程的概念及实体
4.1.1进程概念的引入
4.1.1.1前趋图 4.1.1.2程序的顺序执
单道程序运行情况 4.1.1.3程序的并发执行
4.1.2进程的基本概念
4.1.2进程的基本概念
4.1.2.1进程的定义和特征 4.1.2.2进程状态和演变 4.1.2.3进程实体
请看动态CAI演示：
2021年8月15日星期日
第4章 进程管理 18/45
4.1.2进程的基本概念
进程的定义
进程（Process）是一个 具有独立功能的程序关于某 数据集合的一次运行活动。
它用一个变量W来代替某种临界资源的状 态，W=0表示资源可用，W=1表示资源正被使 用，W又称为锁或锁位。
◆加锁原语Lock(W)定义如下： （1）测试W是否为零； （2）若W=0，则1→W； （3）若W=1，则返回到（1）。 ◆开锁原语Unlock(W)定义如下： （1）0 →W。
2021年8月15日星期日
第4章 进程管理 37/45
4.3进程的同步与通信
2.在插入就绪队列问题中为什么 F进程会被独立？
由于E进程尚未完成指针的链接， 就被中断，而进入F进程的中断 务程序只能完成判断，无法挂入， 所以中断返回后，不再会有中断 信号理F进程，所以F进程就像 掉入了大海再也找不到了。
包权
人书友圈7.三端同步
4.1 进程的概念及实体
4.1 进程的概念及实体
4.1.1进程概念的引入
4.1.2进程的基本概念
2021年8月15日星期日
第4章 进程管理 5/45
4.1 进程的概念及实体
4.1.1进程概念的引入
4.1.1.1前趋图 4.1.1.2程序的顺序执
单道程序运行情况 4.1.1.3程序的并发执行
4.1.2进程的基本概念
4.1.2进程的基本概念
4.1.2.1进程的定义和特征 4.1.2.2进程状态和演变 4.1.2.3进程实体
请看动态CAI演示：
2021年8月15日星期日
第4章 进程管理 18/45
4.1.2进程的基本概念
进程的定义
进程（Process）是一个 具有独立功能的程序关于某 数据集合的一次运行活动。
它用一个变量W来代替某种临界资源的状 态，W=0表示资源可用，W=1表示资源正被使 用，W又称为锁或锁位。
◆加锁原语Lock(W)定义如下： （1）测试W是否为零； （2）若W=0，则1→W； （3）若W=1，则返回到（1）。 ◆开锁原语Unlock(W)定义如下： （1）0 →W。
《进程管理》PPT课件
别和进程调度。启动一个进程有两个主要途径：手工启动和调度启 动。 1. 手工启动 由用户输入命令，直接启动一个进程便是手工启动进程。 手工启动进程又可以分为前台启动和后台启动。 • 前台启动——手工启动一个进程的最常用的方式。 • 后台启动——很少用。 2. 调度启动 这种启动方式是事先进行设置，根据用户要求让系统自行启动。
-p
指定kill命令只显示进程的PlD，并不真正送出结束信号
-e
显示信号名称列表
整理ppt
12
三、 控制系统中的进程
Linux进程优先级(PR)，使用0～34的整数代表；整数值越低，标 示该进程优先级越高
nice命令 nice命令用于指定进程运行的优先级。其命令格式为：
# nice –n command
➢ 进程控制指的是控制正在运行的进程的行为。在Linux中也称为作 业控制。
➢ Shell将记录所有启动的进程情况，在每个进程执行过程中，用户 可以任意地挂起进程或重新启动进程。
➢ 作业控制是许多Shell的一个特性，使用户能在多个独立进程间进 行切换。
整理ppt
6
一、 进程的概念
进程的类型和启动方式
-c
当程序被交换到交换空间时，用于显示命令栏
-l
长格式显示
-w
宽行输出，不截取命令行
整理ppt
9
输出项 PID PPID TTY STAT TIME COMMDAN/CMD USER %CPU %MEM SIZE
二、 查看系统中的进程
ps命令输出的重要信息的含义
说明 进程号 父进程的进程号 进程启动的终端 进程当前状态，S代表休眠状态，R代表运行状态 进程自从启动以来占用CPU的总时间 进程的命令名 用户名 占用CPU时间与总时间的百分比 占用内存与系统内存总量的百分比 进程代码大小+数据大小+栈空间大小（单位：KB）
-p
指定kill命令只显示进程的PlD，并不真正送出结束信号
-e
显示信号名称列表
整理ppt
12
三、 控制系统中的进程
Linux进程优先级(PR)，使用0～34的整数代表；整数值越低，标 示该进程优先级越高
nice命令 nice命令用于指定进程运行的优先级。其命令格式为：
# nice –n command
➢ 进程控制指的是控制正在运行的进程的行为。在Linux中也称为作 业控制。
➢ Shell将记录所有启动的进程情况，在每个进程执行过程中，用户 可以任意地挂起进程或重新启动进程。
➢ 作业控制是许多Shell的一个特性，使用户能在多个独立进程间进 行切换。
整理ppt
6
一、 进程的概念
进程的类型和启动方式
-c
当程序被交换到交换空间时，用于显示命令栏
-l
长格式显示
-w
宽行输出，不截取命令行
整理ppt
9
输出项 PID PPID TTY STAT TIME COMMDAN/CMD USER %CPU %MEM SIZE
二、 查看系统中的进程
ps命令输出的重要信息的含义
说明 进程号 父进程的进程号 进程启动的终端 进程当前状态，S代表休眠状态，R代表运行状态 进程自从启动以来占用CPU的总时间 进程的命令名 用户名 占用CPU时间与总时间的百分比 占用内存与系统内存总量的百分比 进程代码大小+数据大小+栈空间大小（单位：KB）
OS02-1进程管理ppt课件
;.
2021/3/21
7
例：有两个循环程序A和B，它们共享一个变量N。 程序A:每执行一次时都要做N=N+1操作； 程序B:每执行一次都要做PRINT（N）和
N=0； 程序A和B以不同的速度运行，可能出现下述3种情况（假定某时刻N=n）： （1）N=N+1在PRINT（N）和N=0之前，此时得到N的值分别是： n+1， n+1，0； （2）N=N+1在PRINT（N）和N=0之后，此时得到N的值分别是： n，0， 1； （3）N=N+1在PRINT（N）和N=0之间，此时得到N的值分别是： n， n+1 ，0；
;.
2021/3/21
10
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。 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。
3
2、程序顺序执行的特征
顺序性：一个程序开始执行必须要等到前一个程序已执行完成； 封闭性：程序运行时独占全机资源，程序一旦开始执行，其计算结果不受外 界因素影响； 可再现性：程序的结果与它的执行速度无关（即与时间无关），只要给定相 同的输入，一定会得到相同的结果；
;.
2021/3/21
4
2.1.2 前趋图
;.
2021/3/21
12
2、进程的状态及转换
进程有三种基本状态，在生命消亡前处于且仅处于三种基本状态之一
不同系统设置的进程状态数目不同，有： 三种基本状态系统； 五种基本状态系统； 七种基本状态系统；
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• 发送者启动与接收者启动
– 发送者启动：客户端需要注册验证，计算服务器，需要访问服务器资源 – 接收者启动：可以是匿名的，Java applet，提高客户端性能
迁移与本地资源
• 进程对资源绑定: 按标志符（URL）、按值和按类型
• 资源对机器绑定：未连接（数据文件）、附着连接（数据库）和 紧固连接（本地设备）
局部性算法和全局性算法
第四个设计问题与迁移策略有关。 • 当一个新进程被创建时，系统需要决定它是否在创建它的机器
上运行。若该机器繁忙，那这个新进程就必须迁移到其它机器 上去运行。 • 对于是根据本机局部信息还是全局信息来决定新进程是否迁移， 目前存在着两种学派。
1）一种学派主张简单的局部算法：若机器的负载低于某个 阀值，那么新进程就在本地机器上运行；否则，就不允许该 进程在本地上运行。 2）另一种学派认为局部算法太武断了。最好在决定新进程 是否在本地机器上执行之前，先收集其它一些机器上的负载 信息。 • 比较： 局部算法简单，但远远达不到最优； 而全局算法需要付出巨大的代价来换取一个性能稍微好一点的 结果。
一次只把一个进程分配给一个处理机
内核级线程
• W2K, Linux, OS/2采用 • 有关线程管理的所有工作由内核完成 • 优点：
– 同一进程内线程可被分配到不同处理器上 – 一线程被阻塞，可切换到另一线程
组合的方法
• Solaris（最成功、应用最广泛的商业UNIX版本） 操作系统采用
• 结合前两种线程优点，同时减少其缺点 • 线程创建完全在用户空间完成，线程调度和同步
在应用程序内进行 • n个用户级线程被映射到一些（少于n个）内核级
线程上，程序员可为应用程序和机器调整内核级 线程数目，以达到最佳效果
组合的方法
分布式系统中线程的使用
• 多线程客户：Web浏览器 • 多线程服务器
多线程服务器
• 以分发器/工作者组织的多线程服务器
代码迁移
定义：将程序（或执行中的程序）传递到其它计算机 迁移动机： • 实现负载均衡
资源对机器绑定
进程对 资源绑定
按标志符 按值 按类型
未连接
MV (or GR) CP ( or MV, GR) RB (or GR, CP)
附着连接
紧固连接
GR (or MV)
GR
GR (or CP)
GR
RB (or GR, CP) RB (or GR)
• MV：移动资源 • GR：建立全局系统范围内引用 • CP：复制资源的值 • RB：将进程重新绑定到本地同类型资源
• 通信：进程间通信通过IPC，线程间可以直接读写进 程数据段（如全局变量）来进行通信－－需要进程同 步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性
• 调度：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多； • 结论：
– 多线程能提高性能 – 线程不像进程那样彼此隔离，并受到系统自动提供的保护，
因此多线程应用程序开发需要付出更多努力
• 线程的优点：减小并发执行的时间和空间开销（线程的创建、 退出和调度），因此容许在系统中建立更多的线程来提高并 发程度。
– 线程的创建时间比进程短； – 线程的终止时间比进程短； – 同进程内的线程切换时间比进程短； – 由于同进程内线程间共享内存和文件资源，可直接进行不通过内核的
通信；
one process one thread
– 将进程从负载重的系统迁移到负载轻的系统，从而改善 整体性能
• 改善通信性能
– 交互密集的进程可迁移到同一个节点执行以减少通信开 销
– 当进程要处理的数据量较大时，最好将进程迁移到数据 所在行的进程可能因为当前运行机器要 关闭而需要迁移
• 使用特殊功能
– 可以充分利用特定节点上独有的硬件或软件 功能
分布式进程管理
• 线程 • 代码迁移 • 处理器任务分配 • 软件代理
进程
定义：执行中的程序 进程控制块（PCB）
进程的状态
线程
• 未引入线程前的进程：资源分配单位（存储器、文件）和 CPU调度（分配）单位。
• 线程：成为CPU调度单位，而进程只作为其他资源分配单位。
– 线程只拥有必不可少的资源，如：线程状态、寄存器上下文和栈 – 同样具有就绪、阻塞和执行三种基本状态 – 所有线程必须同时挂起，进程的终止导致它包含的所有线程的终止
代码迁移-灵活性
• 客户首先获取必需的软件，然后调用服务器
代码迁移模型
• 代码迁移的不同方法
• 进程组成：
– 代码段：正在运行的程序的所有指令 – 资源段：包含进程需要的外部资源的指针 – 执行段：存储进程的当前执行状态量：私有数据、堆栈和程序计数器
• 弱可移动性与强可移动性
– 弱可移动性：只能传输代码段以及某些初始化数据，程序以初始状态重新执行 – 强可移动性：还可以传输执行段
迁移代码时，根据引用本地资源方式不同所采取的不同做法
处理器任务分配
• 分配算法的设计原则 • 分配算法的实现问题 • 分配算法实例
分配算法的设计原则
分配算法的设计原则： • 确定性算法和启发性算法 • 集中式算法和分布式算法 • 最优化算法和次优化算法 • 局部性算法和全局性算法 • 发送者启动算法和接收者启动算法
• 有关线程管理的所有工作由应用程序通过 线程库完成，内核不知道线程的存在
• 应用程序和它的线程被分配给内核管理下 的进程
优点： • 创建和销毁线程的开销很小 • 线程切换不需要内核模式特权，节省切换开销 • 调度策略可以是应用程序特定的 • 用户级线程可以在任何操作系统中运行，不需要
对底层内核进行修改以支持用户级线程 缺点： • 一个线程被阻塞时，进程中所有线程都被阻塞 • 一个多线程应用程序不能利用多处理技术，内核
one process multiple threads
multiple processes one thread per process
multiple processes multiple threads per process
进程与线程的关系
进程和线程的比较
• 地址空间和其他资源（如打开文件）：进程间相互独 立，同一进程的各线程间共享该进程地址空间和其他 资源－－某进程内的线程在其他进程不可见
非分布式系统中线程的使用
• 使用多线程的优点：
– 在某线程阻塞时，其他线程可以继续工作 – 利用多处理器，并行工作 – 缩短IPC通信的时间 – 出于软件工程的考虑:字处理程序
非分布式系统中线程的使用
• IPC导致的进程上下文切换
线程实现
• 用户级线程 • 内核级线程 • 组合的方法
用户级线程
– 发送者启动：客户端需要注册验证，计算服务器，需要访问服务器资源 – 接收者启动：可以是匿名的，Java applet，提高客户端性能
迁移与本地资源
• 进程对资源绑定: 按标志符（URL）、按值和按类型
• 资源对机器绑定：未连接（数据文件）、附着连接（数据库）和 紧固连接（本地设备）
局部性算法和全局性算法
第四个设计问题与迁移策略有关。 • 当一个新进程被创建时，系统需要决定它是否在创建它的机器
上运行。若该机器繁忙，那这个新进程就必须迁移到其它机器 上去运行。 • 对于是根据本机局部信息还是全局信息来决定新进程是否迁移， 目前存在着两种学派。
1）一种学派主张简单的局部算法：若机器的负载低于某个 阀值，那么新进程就在本地机器上运行；否则，就不允许该 进程在本地上运行。 2）另一种学派认为局部算法太武断了。最好在决定新进程 是否在本地机器上执行之前，先收集其它一些机器上的负载 信息。 • 比较： 局部算法简单，但远远达不到最优； 而全局算法需要付出巨大的代价来换取一个性能稍微好一点的 结果。
一次只把一个进程分配给一个处理机
内核级线程
• W2K, Linux, OS/2采用 • 有关线程管理的所有工作由内核完成 • 优点：
– 同一进程内线程可被分配到不同处理器上 – 一线程被阻塞，可切换到另一线程
组合的方法
• Solaris（最成功、应用最广泛的商业UNIX版本） 操作系统采用
• 结合前两种线程优点，同时减少其缺点 • 线程创建完全在用户空间完成，线程调度和同步
在应用程序内进行 • n个用户级线程被映射到一些（少于n个）内核级
线程上，程序员可为应用程序和机器调整内核级 线程数目，以达到最佳效果
组合的方法
分布式系统中线程的使用
• 多线程客户：Web浏览器 • 多线程服务器
多线程服务器
• 以分发器/工作者组织的多线程服务器
代码迁移
定义：将程序（或执行中的程序）传递到其它计算机 迁移动机： • 实现负载均衡
资源对机器绑定
进程对 资源绑定
按标志符 按值 按类型
未连接
MV (or GR) CP ( or MV, GR) RB (or GR, CP)
附着连接
紧固连接
GR (or MV)
GR
GR (or CP)
GR
RB (or GR, CP) RB (or GR)
• MV：移动资源 • GR：建立全局系统范围内引用 • CP：复制资源的值 • RB：将进程重新绑定到本地同类型资源
• 通信：进程间通信通过IPC，线程间可以直接读写进 程数据段（如全局变量）来进行通信－－需要进程同 步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性
• 调度：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多； • 结论：
– 多线程能提高性能 – 线程不像进程那样彼此隔离，并受到系统自动提供的保护，
因此多线程应用程序开发需要付出更多努力
• 线程的优点：减小并发执行的时间和空间开销（线程的创建、 退出和调度），因此容许在系统中建立更多的线程来提高并 发程度。
– 线程的创建时间比进程短； – 线程的终止时间比进程短； – 同进程内的线程切换时间比进程短； – 由于同进程内线程间共享内存和文件资源，可直接进行不通过内核的
通信；
one process one thread
– 将进程从负载重的系统迁移到负载轻的系统，从而改善 整体性能
• 改善通信性能
– 交互密集的进程可迁移到同一个节点执行以减少通信开 销
– 当进程要处理的数据量较大时，最好将进程迁移到数据 所在行的进程可能因为当前运行机器要 关闭而需要迁移
• 使用特殊功能
– 可以充分利用特定节点上独有的硬件或软件 功能
分布式进程管理
• 线程 • 代码迁移 • 处理器任务分配 • 软件代理
进程
定义：执行中的程序 进程控制块（PCB）
进程的状态
线程
• 未引入线程前的进程：资源分配单位（存储器、文件）和 CPU调度（分配）单位。
• 线程：成为CPU调度单位，而进程只作为其他资源分配单位。
– 线程只拥有必不可少的资源，如：线程状态、寄存器上下文和栈 – 同样具有就绪、阻塞和执行三种基本状态 – 所有线程必须同时挂起，进程的终止导致它包含的所有线程的终止
代码迁移-灵活性
• 客户首先获取必需的软件，然后调用服务器
代码迁移模型
• 代码迁移的不同方法
• 进程组成：
– 代码段：正在运行的程序的所有指令 – 资源段：包含进程需要的外部资源的指针 – 执行段：存储进程的当前执行状态量：私有数据、堆栈和程序计数器
• 弱可移动性与强可移动性
– 弱可移动性：只能传输代码段以及某些初始化数据，程序以初始状态重新执行 – 强可移动性：还可以传输执行段
迁移代码时，根据引用本地资源方式不同所采取的不同做法
处理器任务分配
• 分配算法的设计原则 • 分配算法的实现问题 • 分配算法实例
分配算法的设计原则
分配算法的设计原则： • 确定性算法和启发性算法 • 集中式算法和分布式算法 • 最优化算法和次优化算法 • 局部性算法和全局性算法 • 发送者启动算法和接收者启动算法
• 有关线程管理的所有工作由应用程序通过 线程库完成，内核不知道线程的存在
• 应用程序和它的线程被分配给内核管理下 的进程
优点： • 创建和销毁线程的开销很小 • 线程切换不需要内核模式特权，节省切换开销 • 调度策略可以是应用程序特定的 • 用户级线程可以在任何操作系统中运行，不需要
对底层内核进行修改以支持用户级线程 缺点： • 一个线程被阻塞时，进程中所有线程都被阻塞 • 一个多线程应用程序不能利用多处理技术，内核
one process multiple threads
multiple processes one thread per process
multiple processes multiple threads per process
进程与线程的关系
进程和线程的比较
• 地址空间和其他资源（如打开文件）：进程间相互独 立，同一进程的各线程间共享该进程地址空间和其他 资源－－某进程内的线程在其他进程不可见
非分布式系统中线程的使用
• 使用多线程的优点：
– 在某线程阻塞时，其他线程可以继续工作 – 利用多处理器，并行工作 – 缩短IPC通信的时间 – 出于软件工程的考虑:字处理程序
非分布式系统中线程的使用
• IPC导致的进程上下文切换
线程实现
• 用户级线程 • 内核级线程 • 组合的方法
用户级线程