第2章挂起和进程控制
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。
操作系统原理教程第2章
超线程的工作
– 超线程处理器被视为两个分离的逻辑处理器,应用程序
不须修正就可使用这两个逻辑处理器. – 每个逻辑处理器都可独立响应中断.第一个逻辑处理器 可追踪一个软件线程,而第二个逻辑处理器则可同时追 踪另一个软件线程. – 由于两个线程共同使用同样的执行资源,因此不会产生 一个线程执行的同时,另一个线程闲置的状况.
要进行合理的控制和协调才能正确执行
资源共享关系 相互合作关系
进程的同步与互斥
进程同步与互斥的概念 进程同步机制应遵循的原则 利用锁机制实现同步
进程同步与互斥的概念
临界资源
– 在系统中有许多硬件或软件资源,在一段时间内只允许一个进程访
问或使用,这种资源称为临界资源.
临界区
– 每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区
信号量的操作
(1)P操作:记为P(S),描述为:
– – – – – – – –
P(S) { S=S-1; if (S<0) W(S); } V(S) { S=S+1; if (S<=0) R(S); }
(2)V操作:记为V(S),描述为:
利用PV操作实现互斥 利用PV操作实现互斥
概念:
– 互斥信号量是根据临界资源的类型设置的.有几种
进程的定义
– 一个程序在一个数据集合上的一次运行过程.所以
一个程序在不同数据集合上运行,乃至一个程序在 同样数据集合上的多次运行都是不同的进程.
进程的特征
– – – – –
动态性 并发性 独立性 异步性 结构性
进程的状态
进程的三种基本状态 进程的其它两种状态 进程状态间的转换
进程的三种基本状态
就绪状态
– 【例2-5】有4位哲学家围着一个圆桌在思考和进餐,
操作系统第二章
当一进程所期待的某一事件尚未出现时，该进 程调用阻塞原语把自己阻塞起来，阻塞原语的 操作过程如下：由于进程正处于运行状态，故 应中断处理机，把CPU状态保护到PCB中， 停 止运行该进程。然后把“活跃阻塞”赋予该进 程，并把它插入到该事件的等待队列中，再从 活跃就绪队列中按一定算法选取一进程投入运 行。
进程控制是OS内核实现的。
2.3.1 内核
一、操作系统的层次结构
2.3
进 程 控 制
1、引入：方便设计与维护，将操作系统分为不同层次，
将操作系统的功能设臵在不同的层次中。 2、原则： 按调用关系分层，只有外层能调用内层； 与硬件关系密切的放在最里层；例如进程调度； 与用户关系密切的放在最外层；
2.2.1
进程的定义和特征
一、引入：为描述并发下程序的执行情况
2.2
进 程 的 描 述
二、定义：进程是程序的一次执行过程，是系统进行 资源分配和处理机调度的一个独立单位。 三、特征：
动态性 并发性 独立性 异步性
结构特性：进程=程序段+数据段+PCB
2.2.1
进程的定义和特征
四、进程和程序的区别与联系
1、就绪状态(ready):等处理机 2、执行状态(running):用处理机 3、阻塞状态(blocked):等事件
2.2.2
进程状态及其演变
时间片完
二、基本状态演变图
2.2
进 程 的 描 述
创建
就绪 调度 事件发生 (I/O完成) 阻塞
运行
完成 撤消
等事件 (I/O请求)
2.2.2
1、引入
进程状态及其演变
2.3.1 内核
二、内核：
2.3
进 程 控 制
操作系统 汤小丹第2章
26
第二章
进程的描述与控制
2) 终止状态
进程的终止也要通过两个步骤：首先，是等待操作系统 进行善后处理，最后将其PCB清零，并将PCB空间返还系统。
当一个进程到达了自然结束点，或是出现了无法克服的错误，
或是被操作系统所终结，或是被其他有终止权的进程所终结， 它将进入终止状态。进入终止态的进程以后不能再执行，但 在操作系统中依然保留一个记录，其中保存状态码和一些计 时统计数据，供其他进程收集。一旦其他进程完成了对其信 息的提取之后，操作系统将删除该进程，即将其PCB清零， 并将该空白PCB返还系统。图2-6示出了增加了创建状态和终 止状态后进程的五种状态及转换关系图。
乃至一条语句，结点间的有向边则表示两个结点之间存在的 偏序(Partial Order)或前趋关系(Precedence Relation)。
4
第二章
进程的描述与控制
进程(或程序)之间的前趋关系可用“→”来表示，如果
进程Pi和Pj存在着前趋关系，可表示为(Pi，Pj)∈→，也可写 成Pi→Pj，表示在Pj开始执行之前Pi 必须完成。此时称Pi是Pj 的直接前趋，而称Pj是Pi的直接后继。在前趋图中，把没有 前趋的结点称为初始结点(Initial Node)，把没有后继的结点
进程具有哪些基本状态?
进程控制块的作用和内容?
2
第二章
进程的描述与控制
2.1 前趋图和程序执行
在早期未配置OS的系统和单道批处理系统中，程序的执
行方式是顺序执行，即在内存中仅装入一道用户程序，由它 独占系统中的所有资源，只有在一个用户程序执行完成后， 才允许装入另一个程序并执行。可见，这种方式浪费资源、 系统运行效率低等缺点。
13
第二章
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。
《计算机操作系统》第2章 进程管理
2.1.3 进程的状态模型
新建
准许
准许
挂起
静止就绪
事件 发生
静止阻塞
激活 挂起
激活 挂起
活动就绪
事件 发生 活动 阻塞
分派 超时
运行
等待 事件
释放
退出
பைடு நூலகம்
图2-8 有挂起态的七状态模型
在新的状态模型中，比较重要的新转换如下： ►（1）活动阻塞→静止阻塞：当内存紧张而系统中又没有就绪进程时，一个阻塞
态进程就会被挂起。
分派
进入
非运行
运行
退出
暂停 图2-3 两状态模型
2.1.3 进程的状态模型
2. 三状态模型
三状态模型中进程的三种基本状态如下：
►（1）就绪状态（Ready）。一个进程获得了除处理机之外所需的一切资源，一 旦得到处理机即可运行。在系统中，将处于就绪状态的多个进程的PCB组织成一 个队列，或按照某种规则排在不同的队列中，这些队列称为就绪队列。
2.1.3 进程的状态模型
3. 五状态模型
新建态
进入就 绪队列
运行态
被调 度 时间片
用完
就绪态
事件
发生
退出态 等待事件 阻塞态
图2-6 五状态模型图
►为便于进程管理，有必要增加一种有用的状态，我们称为新建态，对应于刚刚创建 的进程，操作系统还没有把它加入到就绪队列中，通常是进程控制块已经创建但还 没有加载到内存中的新进程。
►同样，进程从系统中退出时，也增加一种有用的状态，进程被终止直到释放PCB所 处的状态，我们称为退出态。
2.1.3 进程的状态模型
五状态模型中的状态转换：
►（1）空→新建：创建一个程序的新进程。
操作系统第2章作业进程与线程
cycle receive，process，send end •输出模块P：
cycle receive，output end •然后使这三个程序模块并发执行。下图示： 程序并发执行时的前趋图：
•在该例中，存在以下前趋关系： •Ii→Ci, Ii→Ii+1, Ci→Pi, Ci→Ci+1 ,Pi→Pi+1 •而Ii+1,Ci及Pi-1是重叠的。亦即Ii+1,Ci以及Pi-1可 以并发执行。
④完成状态。 作业完成计算任务，结果由打印机
输出，最后由系统回收分配给它的全 部资源，准备退出系统时的作业状况。
2.2.2 作业描述 1．作业控制块JCB 为了管理和调度作业，系统为每个作 业设置了一个作业控制块JCB，它记录 该作业的有关信息。不同系统的JCB的 组成内容有所区别，下图给出了作业控 制块JCB的主要内容。
（1）作业调度 在多道程序设计系统中，系统可以同时
处理多个作业，系统要在许多作业中按一 定策略选取若干个作业，为它们分配必要 的资源，让它们能够同时执行，这就是作 业调度。被作业调度选中的作业在执行时 可共享系统资源。
2.1 作业管理 三、作业管理的基本功能
（2）作业控制 作业控制负责控制作业的输入、执行、
问题1：一个进程只有这两种状态吗？
一个进程的等待状态可以分为两种， 一种是等待CPU，叫就绪态，另一种 是等待I/O，叫阻塞态。
进程基本状态模型（三态模型）
（1）运行态（Running）
运行状态是指当前进程已分配到
CPU，它的程序正在处理机上执行时
的状态。处于这种状态的进程个数不
能大于CPU的数目。 运行 状态
操作系统第二章_dsf
•
如何协调各程序的执行顺序？
多个执行程序共享系统资源，程序之 间可能会相互影响，甚至影响输出结 果。 选择哪些、多少个程序进入内存执行？ 内存中的执行程序谁先执行？ 内存如何有效分配？
• • •
操作系统
第二章 进程的描述与控制
2.2 进程的描述
• 通常的程序不能参与并发执行，为了让程序 能并发执行，人们引入进程的概念对并发执行 的程序加以描述和控制。
操作系统
第二章 进程的描述与控制
顺序执行与并发执行特征对比
I1 I2
输入1
C2
输入2 计算1
输入3 计算2 输出2
输入4 计算3 输出3
C1
P1
P2
输出1
• 1. 2. 3.
操作系统
程序的顺序执行 顺序性 封闭性 可再现性
程序的并发执行 间断性 失去封闭性 不可再现性
第二章 进程的描述与控制
程序的并发执行引发的问题
应当注意，前趋图中必须不存在循环，但在图 2-2(b)中却有
着下述的前趋关系：S2→S3, S3→S2
操作பைடு நூலகம்统
第二章 进程的描述与控制
2.1.2 程序的顺序执行及其特征
– 程序：源代码程序、目标程序和可执行程序； 例如：sample.cpp sample.obj sample.exe – 程序执行：编辑、编译、链接、执行
I1 I2 I3 I4
C1
C2
C3
C4
P1
P2
P3
P4
•图 2-3 并发执行时的前趋图
操作系统 第二章 进程的描述与控制
在该例中存在下述前趋关系：
Ii→Ci，Ii→Ii+1, Ci→Pi, Ci→Ci+1，Pi→Pi+1 而Ii+1和Ci及Pi-1是重迭的，亦即在Pi-1和Ci以及Ii+1之间， 可以并发执行。 对于具有下述四条语句的程序段： • • • •
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。
1 2 3
• 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
《操作系统实训（Linux）——习题解答、例题解析、实验指导》-王红-电子教..
第2章进程管理进程是操作系统中非常重要的概念，进程管理是操作系统最为重要的功能之一。
12.1 基本结构图2进程管理基本知识结构图(见下页)进程管理进程的概念进程的描述进程控制进程的创建与终止进程通信线程程序的顺序执行程序的并发执行进程的概念及特征进程的状态及转换Linux进程的状态Linux进程的PCBLinux进程的系统调用进程的阻塞与唤醒进程的同步与互斥临界资源锁机制信号量进程控制块信号量的应用及同步举例进程的同步与互斥进程控制块的组织方式共享存储器机制消息传递机制管道通信机制信号通信机制线程的概念线程的特点2.2 知识点2.2.1 进程的概念1．程序的顺序执行我们把一个具有独立功能的程序独占处理机，直到最后结束的过程称为程序的顺序执行。
程序顺序执行时的特征为：顺序性、封闭性和可再现性。
4顺序性是指，程序执行时严格按照程序的语句或指令的顺序执行。
封闭性是指，程序执行的结果只有程序本身才可以改变，而与其它外界因素无关。
可再现性是指，只要输入的初始条件相同，则无论何时重复执行该程序，结果都是相同的。
52．程序的并发执行所谓程序的并发性，是指多道程序在同一时间间隔内同时发生。
63．进程的概念及特征（1）进程的概念进程是操作系统中最基本、最重要的概念之一。
进程可以如下定义：进程是程序的一次执行。
进程是可以和别的进程并发执行的计算。
进程就是一个程序在给定活动空间和初始条件下，在一个处理机上的执行过程。
进程是程序在一个数据集合上的运行过程，它是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。
进程是动态的，有生命周期的活动。
内核可以创建一个进程，最终将由内核终止该进程使其消亡。
7（2）进程与程序的区别进程和程序是两个完全不同的概念，但又有密切的联系。
8（3）进程的特征进程具有动态性、并发性、独立性、异步性及结构性的特征。
4．进程的状态及转换在操作系统中，进程通常至少有三种基本状态：就绪状态、执行状态和阻塞状态。
910程执行完成或撤消阻塞状态就绪状态进程创建调度用片间时进等待某事件发生如I/O 请求外部事件发生进程的基本状态及转换图完5．Linux进程的状态Linux系统内核在进程控制块中用state成员描述进程当前的状态，并明确定义了5种进程状态。
操作系统第2章(进程和线程的管理习题及解答)
第2章进程和线程的管理习题及解答例题解析例2.2.1 试说明进程和程序之间的区别和联系。
解进程和程序是既有区别又有联系的两个概念。
(1)进程是动态的，程序是静态的。
程序是一组有序的指令集合，是一个静态的概念；进程则是程序及其数据在计算机上的一次执行，是一个动态的集合。
离开了程序，进程就失去了存在的意义，但同一程序在计算机上的每次运行将构成不同的进程。
程序可看作是电影的胶片，进程可以看作电影院放电影的过程。
(2)一个进程可以执行多个程序，如同一个电影院的一场电影可放映多部影片。
(3)一个程序可被多个进程执行，如同多个影院同时利用一个电影的胶片放映同一部电影。
(4)程序可以长期保存，进程只能存在于一段时间。
程序是永久存在的，而进程有从被创建到消亡的生命周期。
例2.2.2 举例说明多道程序系统失去了封闭性和再现性。
解例如，有两个循环程序A和B，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则每执行一次时，都要执行print(N)操作，然后再将N的值置成“0”。
程序A和B在多道程序系统中同时运行。
假定某时刻变量N的值为n，可能出现下述三种情况：(1)N：=N+1 在print(N)和N：=0之前，此时得到N值变化过程为n+1、n+1、0；(2)N：=N+1 在print(N)和N：=0之后，此时得到N值变化过程为n 、 0 、1；(3)N：=N+1 在print(N)之后和N：=0之前，此时得到N值变化过程为n、n+1、0。
所以，在A、B程序多次执行过程中，虽然其每次执行时的环境和初始条件都相同，但每次得到的结果却不一定相同。
例 2.2.3 为什么将进程划分成执行、就绪和阻塞三个基本状态？解根据多道程序执行的特点，进程的运行是走走停停的。
因此进程的初级状态应该是执行和等待状态。
处于执行状态的进程占用处理机执行程序，处于等待状态的进程正在等待处理机或者等待其它某种事件的发生。
但是，当处理机空闲时，并不是所有处于等待状态的进程都能放到处理机上执行，有的进程即使分配给它处理机，它也不能执行，因为它的执行的条件没有得到满足。
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。
chapter2进程管理1
20
第二章 进 程 管 理
2.1.5 进程控制块
进程控制块（ 进程控制块（ PCB）的作用 ） • 用于描述进程情况及控制进程运行所需的全部信 息。使一个在多道程序环境下不能独立运行的程 成为一个能独立运行的基本单位。 序，成为一个能独立运行的基本单位。一个能与 其他进程并发执行的进程。 其他进程并发执行的进程。 • 或者说，OS是根据 或者说， 是根据 是根据PCB来对并发执行的进程进行 来对并发执行的进程进行 控制和管理的。系统根据进程PCB而感知到进程 控制和管理的。系统根据进程 而感知到进程 的存在，所以说， 是进程存在的唯一标志。 的存在，所以说，PCB是进程存在的唯一标志。 是进程存在的唯一标志
第二章 进 程 管 理
第二章 进程管理
1
第二章 进 程 管 理
2.1 进程的基本概念
2.1.1 程序的顺序执行及其特征 1. 程序的顺序执行 仅当前一操作(程序段 执行完后， 程序段)执行完后 仅当前一操作 程序段 执行完后，才能执行 后继操作。例如，在进行计算时， 后继操作。例如，在进行计算时，总须先输入 用户的程序和数据，然后进行计算， 用户的程序和数据，然后进行计算，最后才能 打印计算结果。 打印计算结果。 S1: a=x+y; S2: b=a-5; S3: c=b+1;
7
第二章 进 程 管 理
程序并发执行的条件
• R(pi)={a1,a2,a3,….an}表示程序 在执行期间所要读的变量 表示程序Pi在执行期间所要读的变量 表示程序 集合： 集合： • W(pi)={b1,b2,b3,…bn}表示 在执行期间所要写的变量集 表示Pj在执行期间所要写的变量集 表示 合。 • 当两个程序 和p2具有如下条件时，便能并发执行，且具 当两个程序p1和 具有如下条件时 便能并发执行， 具有如下条件时， 有可再现性： 有可再现性： R(P1)∩W(P2)UR(P2)∩W(P1)UW(P1)∩W(P2)={} ，它们便 能并发执行,否则不能 否则不能. 能并发执行 否则不能 • 任意两个程序并发执行的条件是： 任意两个程序并发执行的条件是： Pi的读变量与 的写变量不能是公共的 的读变量与Pj的写变量不能是公共的 的读变量与 Pi的写变量与 的读变量不能是公共的 的写变量与Pj的读变量不能是公共的 的写变量与 Pi，Pj不能往同一个变量里写 ， 不能往同一个变量里写 8
浙江工业大学操作系统第二章进程管理
S1:a=X+Y R(S1)={x,y} W(S1)={a}
S2: b=Z+1 R(S2)={z} W(S2)={b}
S3:c=a-b R(S3)={a,b} W(S3)={c}
S4:w=c+1 R(S4)={c} W( S4)={w} S1和S2可以 并发执行 S1和S3 不能并 发执行
R(S1)∩W(S2)∪R(S2)∩W(S1)∪W(S1)∩W(S2) ={x，y}∩{b}∪{z}∩{a}∪{a}∩{b}={ } R(S3)∩W(S1)∪R(S1)∩W(S3)∪W(S3)∩W(S1)
进程和程序的联系
（1）一个程序可以对应多个进程。当同一个 程序运行在不同的数据集时，就构成不同的 进程。比如：用户用电子邮件程序发不同的 Email; 同一用户能用编辑器程序编辑不同的 文件。 （ 2 ） 一个进程可以对应多个程序。 主程序 可以调用其它子程序，但至少对应一个程序。
进程运行轨迹（进程内各指令的执行序列）
为女儿做蛋糕 输出
进程一 做蛋糕的食谱 程序 进程切换 阅读食谱 取原料 原料：面粉、鸡蛋等 姚明 CPU 输入数据
儿子摔伤
进程切换 记录照食谱做到哪儿 （保存进程一的当前状态） 进程二 实施医疗救治 （优先处理进程）
急救手册 （程序）
动态 性
并发性
进程 特征
独立 性
异步 性 结构 特性
进程的特征
OS创建新进程 分为两步
进程的五种状态
创建 接纳 就绪 进程调度 时间片到 释放 执行 终止
I/O完成或 事件发生
阻塞
I/O中断或 等待某事件
Q1：执行到 40条指令时， 两状态模型 下，在非运 行状态队列 中时间最久 的是哪个进 程？ Q2：调度的 是哪个进程？ 为什么？
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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。子动管设撑独驱I：完操作理备/O立动由成作要分不性程若一：么配匹等序干定一不和配。：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。
19
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
14
3. 引入挂起第操二章作进进程程的描状述与态控制的转换
进程调度
终止
执行
等待某事件发生
终止
而阻塞
许可
创建
许可
时间片到
就绪
所等待的事件发生
换进 而唤醒
阻塞
换进
内存
换出
挂起
换出
外存
静止 就绪
所等待的事件发生
静止 阻塞
而唤醒
进程状态的扩展及其转换
15
第二章 进程的描述与控制
3. 引入挂起操作进程状态的转换 (1) 活动阻塞→静止阻塞； (2) 静止阻塞→活动阻塞； (3) 活动就绪→静止就绪； (4) 静止就绪→活动就绪； (5) 静止阻塞→静止就绪 (6) 创建→静止就绪：如果内存空间不足。
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)
8
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
(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
阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们41 前进。
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；
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。
系统态：核心态(Kernel State),管态。具有较高 的特权，能执行一切命令，访问所有寄存器和 存储区。OS内核运行在核心态，进程控制是由 OS内核实现的。 用户态(User State)：目态。具有较低的特权， 只能执行规定的指令，访问指定的寄存器和存 储区。运行用户程序。
方 面 功 能
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
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
人有了知识，第二就章 会进具程的备描述各与控种制 分析能力， 明辨是非的能力。
所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。
”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力；
通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣；
可准备运行；
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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。
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。化系度P统执C收行B 到时。
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。
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
栈（优分申指3先配请）针级进P设C指等程置B向。、I进D栈程顶状。态、应需的为用要进新将请并程进进白求发I程程D的：进,分放并P当程配进C申应时B一R请。用。e个一a本d唯y个身队一空列
2.3.3 进程的终止
引发进程的 终止事件
OS
调用进程终止原语 Destroy()
从PCB集中检索出 该进程的PCB
3) 进程调度信息 ① 进程状态，② 进程优先级，③ 进程调度所需的其它 信息，它们与所采用的进程调度算法有关，比如，进程已等 待CPU的时间总和、进程已执行的时间总和等；④ 事件， 是指进程由执行状态转变为阻塞状态所等待发生的事件，即 阻塞原因。
4) 进程控制信息 是指用于进程控制所必须的信息，它包括：① 程序和 数据的地址 ；② 进程同步和通信机制；③ 资源清单；④ 链 接指针
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
把进程驻 留到外存
进程的激活
发生激活事件
检查内存空间
调用激活原语 Active()
把进程从外存调 入到内存
检查进程状动堵塞
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
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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。
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
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；
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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