计算机操作系统(第四版)第二章进程通信
合集下载
计算机操作系统课件(第四版)第二章资料
索引方式
系统根据所有进程的状态建立相应的索引表 就绪索引表、阻塞索引表等，索引表在内存的首地址记 录在内存的一些专用单元中。
PCB1
PCB2 PCB3 PCB4
执行指针
PCB1 4 PCB2 3 PCB3 0 PCB4 8 PCB5
就绪队列指针
阻塞队列指针
PCB5
PCB6 PCB7 PCB8
进程控制信息： 程序和数据的地址 同步和通信机制 资源清单 链接指针
PCB数目
4、进程控制块的组织方式
一个系统中的PCB数目可为数十个、数百个甚至数千个
线性方式
把所有的PCB都组织在一张线性表中，将表的首地址放 在内存的专用区中。
链接方式
把具有同一状态的PCB，用其链接字链接成一个队列 就绪队列、若干个阻塞队列、空队列
进程的结构图示：
进程控制块
PCB 动态特征的集中反映
程序段
描述要完成的功能
数据段
操作对象及工作区
进程的其他定义：
进程是一个具有一定独立功能的程序在一个 数据集合上的一次动态执行过程。 进程是并发程序的一次执行过程。是系统进 行资源分配和调度的独立单位。 进程是可以和别的计算并发执行的计算。
2.2 进程的描述
进程的定义和特征 进程的基本状态和转换 挂起操作和状态转换 进程管理中的数据结构
2.2.1、进程的定义和特征 进程的定义 进程的特征
进程的定义
进程： 进程是进程实体的运行过程，是系统进行资 源分配和调度的一个独立单位。 进程实体＝程序段＋相关的数据段＋PCB Linux 进 程 组 成
进程的挂起状态
活动 就绪
调度 释放 I/O请求
计算机操作系统课件(第四版)第二章
PI一个进程PJ可以向P其K 父进程申PL请撤消自P己M ；也可PN以因 父进程的被撤销而被同时撤消。
3、进程阻塞（Block()）
引起阻塞的事件
请求系统服务、启动某种操作、数据尚未到 达、无新工作可做
进程阻塞的过程
发现上述事件，调用阻塞原语把自己阻塞 停止进程的执行，修改PCB中的状态信息，
进程的特征
动态性：“它由创建而产生，由调度而执行，由撤销而 消亡”。进程具有动态的地址空间（数量和内容），地 址空间上包括： 代码（指令执行和CPU状态的改变） 数据（变量的生成和赋值） 系统控制信息（进程控制块PCB的生成和删除） 独立性：进程是一个能独立运行、独立分配资源和独立 调度的基本单位。各进程的地址空间相互独立。 并发性：引入进程的目的正是为了使其程序能和其他进 程的程序并发执行； 异步性： 进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进 结构性：进程由程序段、数据段及PCB三部分组成，在 Linux中称为“进程映像”
互斥现象
火车到站的调度 火车1 火车2 火车3 …
站台轨道
例1：两个同学做抢椅子的游戏。
同学甲
…… if 有空椅子 then 坐下 ……
同学乙
…… if 有空椅子 then 搬走 ……
例2：民航售票系统
进程控制信息： 程序和数据的地址 同步和通信机制 资源清单 链接指针
4、进程控制块的组织方式
PCB数目
一个系统中的PCB数目可为数十个、数百个甚至数千个
线性方式
把所有的PCB都组织在一张线性表中，将表的首地址放 在内存的专用区中。
链接方式
把具有同一状态的PCB，用其链接字链接成一个队列 就绪队列、若干个阻塞队列、空队列
引消起创建进程程+序的事PA件
3、进程阻塞（Block()）
引起阻塞的事件
请求系统服务、启动某种操作、数据尚未到 达、无新工作可做
进程阻塞的过程
发现上述事件，调用阻塞原语把自己阻塞 停止进程的执行，修改PCB中的状态信息，
进程的特征
动态性：“它由创建而产生，由调度而执行，由撤销而 消亡”。进程具有动态的地址空间（数量和内容），地 址空间上包括： 代码（指令执行和CPU状态的改变） 数据（变量的生成和赋值） 系统控制信息（进程控制块PCB的生成和删除） 独立性：进程是一个能独立运行、独立分配资源和独立 调度的基本单位。各进程的地址空间相互独立。 并发性：引入进程的目的正是为了使其程序能和其他进 程的程序并发执行； 异步性： 进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进 结构性：进程由程序段、数据段及PCB三部分组成，在 Linux中称为“进程映像”
互斥现象
火车到站的调度 火车1 火车2 火车3 …
站台轨道
例1：两个同学做抢椅子的游戏。
同学甲
…… if 有空椅子 then 坐下 ……
同学乙
…… if 有空椅子 then 搬走 ……
例2：民航售票系统
进程控制信息： 程序和数据的地址 同步和通信机制 资源清单 链接指针
4、进程控制块的组织方式
PCB数目
一个系统中的PCB数目可为数十个、数百个甚至数千个
线性方式
把所有的PCB都组织在一张线性表中，将表的首地址放 在内存的专用区中。
链接方式
把具有同一状态的PCB，用其链接字链接成一个队列 就绪队列、若干个阻塞队列、空队列
引消起创建进程程+序的事PA件
操作系统ch2 进程_同步与通信
为什么需要进程同步机制
第二章 进程-进程的同步与通信
2.4 进程同步的基本概念
2.4.1 临界资源
为了说明什么是临界资源，我们先看一个例子,回忆第二章 P1 、P2两个进程并发执行的例子,counter是全局变量 P1 P2
{… …
counter=counter+1 …… }
{… …
counter=counter+1 …… }
如何实现进程同步
第二章 进程-进程的同步与通信
2.5 信号量机制
2.5.2 记录型信号量机制
六、记录型信号量机制的优点 不存在忙等，采取“让权等待”的策略
/include/asm-i386/semaphore.h
struct semaphore { atomic_t count; int sleepers; wait_queue_head_t wait; };
如何实现进程同步
第二章 进程-进程的同步与通信
2.5 信号量机制
2.5.1 整型信号量机制 二、利用整型信号量实现互斥 想法：为必须互斥访问的CS定义一个互斥信号 量 mutex ， 初 始 值 为 1 ， 然 后 将 CS 放 入 wait(mutex)和signal(mutex)之间，当CS可访 问时，wait(mutex)才能正常结束使进程进入 CS。
如何实现进程同步
第二章 进程-进程的同步与通信
2.5 信号量机制
2.5.1 整型信号量机制
三、利用信号量来描述前趋关系---例2 var a,b,c,d,e,f,g:semaphore:=0,0,0,0,0,0; begin prabegin begin s1;signal(a);signal(b);end; begin wait(a);s2;signal(c);signal(d);end; begin wait(b);s3;signal(g);end; begin wait(c);s4;signal(e);end; begin wait(d);s5;signal(f);end; begin wait(e); wait(f); wait(g);s6;end. parend end.
计算机操作系统(第四版)第2章 进程的描述与控制1
14
进程：
资源拥有者，动态的。 （目标：协同完成同一个任务 （目标：协同完成同 个任务！）
15
线 线程
一般不拥有资源，是受派遣者 （只负责 从这条线过的 必须缴费） （只负责：从这条线过的，必须缴费）
16
进程的基本概念
程序并发执行时，必会共享系统资源。进程，是 描述程序执行时的动态特征
P32
2.1前趋图程序执行 2.2 进程的描述
N＝N＋1 N N 1 n＋1 1 print(N) n＋1 N＝0 N＝0 0
（2）N:＝N＋1在print(N)和N＝0之后，得到的N值分别为: N:＝N＋1在print(N)和N＝0之后 得到的N值分别为:
print(N) n N 0 N＝0 0 N＝N＋11
I3 C3 P3
9个∆t
t0Δt t1
t2
t3
t4
t5
t6
t7
t8
t9
t10
t
21
顺序执行与并发执行
任意程序都存在着 Ii→Ci→Pi 这样的前驱关系，因 而对一个用户程序的输入 而对 个用户程序的输入、计算和打印这三个操 计算和打印这三个操 作，必须顺序执行。 但在多道环境下并不存在或并不要求Pi→Ii+1 关系， 即Ii 、 Cj 和 Pk（i≠j≠k）之间并不存在前驱关系。
17
程序的顺序执行及其特征 1. . 程序的顺序执行
程序的执行：顺序执行和并发执行； 一个应用程序分成若干个程序段，各程序段之间，必 须按照某种先后次序顺序执行。 用结点(Node)代表各程序段的操作(I代表输入操作，C代 表计算操作，P代表打印操作)，用箭头指示操作的先后 次序; 次序
操作系统第二章进程同步与通信(第二部分)2016-9
（根据同步机制的原则，分析P、V操作的特点，）
考虑： 如何控制互斥地使用临界资源？ 如何控制进程并发执行的时序？ 实现同步机制基本思想是：加锁、解锁
13
§2.5 信号量机制及P、V操作 (五） 三。信号量的应用 1。实现进程互斥 — 以两个进程并发执行为例 设 mutex —公共互斥信号量 初值：mutex.Value = 1 利用P、V操作实现互斥的模型 进程P1 进程P2 . . . . . . P（mutex）； 值0 ① 进入P1临界区； V（mutex）； 值0 ③ . . . P（mutex）； 值-1② 进入P2临界区； V（mutex）； . . .
进程P1 进程P2
. . . P（mutex）； 值0 ① 进入P1临界区； V（mutex）； 值0 ③ . . . 设先执行进程P1
. . . P（mutex）； 值-1 ② 进入P2临界区； V（mutex）； . . .
15
§2.5 信号量机制及P、V操作 (七） 三、信号量的应用 1、实现进程互斥 设 mutex —公共互斥信号量 初值： mutex.Value = 1
TS指令的形式： function s（var lock：boolean）：boolean； begin ts：=lock； lock：=true； end；
7
§2.4 进程同步的概念（六）
以两进程P1、P2并发执行为例，如果P1先执行：
p1 p2
调用TS指令 Y
TS TS=true =true
§2.5 信号量机制及P、V操作 (九）
2。实现进程同步 实例： 打印进程与计算进程的同步问题
计算进程 计算 打印进程
SB
缓冲区
SA
《现代操作系统第四版》 第二章 答案
现代操作系统第二章进程与线程习题1. 图2-2中给出了三个进程状态，在理论上，三个状态可以有六种转换，每个状态两个。
但是，图中只给出了四种转换。
有没有可能发生其他两种转换中的一个或两个？A:从阻塞到运行的转换是可以想象的。
假设某个进程在I/O上阻塞，而且I/O 结束，如果此时CPU空闲，该进程就可以从阻塞态直接转到运行态。
而另外一种转换（从阻塞态到就绪态）是不可能的。
一个就绪进程是不可能做任何会产生阻塞的I/O或者别的什么事情。
只有运行的进程才能被阻塞。
2.假设要设计一种先进的计算机体系结构，它使用硬件而不是中断来完成进程切换。
CPU需要哪些信息？请描述用硬件完成进程切换的工作过程。
A:应该有一个寄存器包含当前进程表项的指针。
当I/O结束时，CPU将把当前的机器状态存入到当前进程表项中。
然后，将转到中断设备的中断向量，读取另一个过程表项的指针（服务例程），然后，就可以启动这个进程了。
3.当代计算机中，为什么中断处理程序至少有一部分是用汇编语言编写的？A：通常，高级语言不允许访问CPU硬件，而这种访问是必需的。
例如，中断处理程序可能需要禁用和启用某个特定设备的中断服务，或者处理进程堆栈区的数据。
另外，中断服务例程需要尽快地执行。
（补充）主要是出于效率方面的考量。
中断处理程序需要在尽量短的时间内完成所需的必要处理，尽量减少对线程/程序流造成的影响，因此大部分情况下用汇编直接编写，跳过了通用编译过程中冗余的适配部分。
4.中断或系统调用把控制转给操作系统时，为什么通常会用到与被中断进程的栈分离的内核栈？A：内核使用单独的堆栈有若干的原因。
其中两个原因如下：首先，不希望操作系统崩溃，由于某些用户程序不允许足够的堆栈空间。
第二，如果内核将数据保留在用户空间，然后从系统调用返回，那么恶意的用户可能使用这些数据找出某些关于其它进程的信息。
5.一个计算机系统的内存有足够的空间容纳5个程序。
这些程序有一半的时间处于等待I/O的空闲状态。
操作系统-第2章(3) (第四版)
原语Receive(P1，m1) 表示接收由P1发来的消息m1。 形式： 对称形式：一对一 非对称形式：多对一 （顾客/服务员） 如：提供打印服务的进程； Receive (id，message)； 有缓冲（有界，无界），无缓冲；
第二章 进 程 管 理
2. 消息缓冲队列通信机制(直接通信)
消息缓冲通信：是一种直接通信方式，一种可直接以较高的效率传递 较多数据的信息交换方式，被广泛应用于本地进程之间的通信。 每当发送进程欲发送消息时，便形成一个消息缓冲区，其结构如下： typedef struct message buffer { int sender； 发送者进程标识符 int size； 消息长度 char *text； 消息正文 struct message_buffer *next 指向下一个消息缓冲区的指针 }; 消息缓冲区是内存中的一个区域，其中可以存放一条消息。 发送进程可以把消息填写到消息缓冲区中，并把该消息缓冲区插入到 接收进程的消息链上，以待接收进程进行加工处理。
线
程
进程的概念和结构是传统操作系统工作的基础。但是，随着计算机体 系结构从早期的单处理机结构发展到目前的多处理机结构，在多任务的环 境中，为了减少处理机的空转时间以及处理机调度切换时的时间和空间开 销，提高系统的并行能力，因此产生了更小的控制单位：线程。
第二章 进 程 管 理 补充：
多线程的概念首先是在多处理机的并行处理中提出来的。传统的多处 理机由若干台处理机组成，每台处理机每次运行单个现场，即每台处理机 有一个有限硬件资源的单一控制线路。在这样的多处理机系统中，在进行 远程访问期间会出现等待现象，处理机在这段时间间隔内处于空闲状态。 为了提高处理机的并行操作能力，提出多线程的概念。在每台处理机上建 立多个运行现场，这样每台处理机的有多个控制线路，为解决处理机长时 间等待的问题提供了一种有效的机制。一个控制线路就是一个线程，线程 可以用一个现场表示，现场由程序计数器（PC）、寄存器组和所要求的现 场状态状态字组成。
计算机操作系统课件02-5进程通信
2.5.4 消息缓冲队列通信机制
1 ．数据结构 1) 消息缓冲区 在消息缓冲队列通信中，主要的数据结构是消息缓冲区。
type message buffer=record sender ；发送者进程标识符 size ； 消息长度 text ； 消息正文 next ； 指向下一个消息缓冲区的指针
end
这两种消息格式各有其优缺点，故在很多系统(包括计算机网 络)中，是同时都用的。
3．进程同步方式
在进程之间进行通信时，同样需要有进程同步机制，以使诸进 程间能协调通信。不论是发送进程，还是接收进程，在完成消 息的发送或接收后，都存在两种可能性，即进程或者继续发送 (接收)，或者阻塞。由此，我们可得到以下三种情况：
程B同时向进程A发送消息。 根据通信链路容量的不同而把链路分成两类： (1) 无容量通信链路，在这种通信链路上没有缓冲区，因而
不能暂存任何消息； (2) 有容量通信链路，指在通信链路中设置了缓冲区，因而
能暂存消息。缓冲区数目愈多，通信链路的容量愈大。
2．消息格式
在单机系统环境中，由于发送进程和接收进程处于同一台机器 中，有着相同的环境，故其消息格式比较简单；
Receive (id，message)；
利用直接通信原语来解决 生产者—消费者问题
当生产者生产出一个产品(消息)后，便用Send原语将消息发 送给消费者进程；而消费者进程则利用Receive原语来得到 一个消息。
如果消息尚未生产出来，消费者必须等待，直至生产者进 程将消息发送过来。
……
repeat
消息正文则是发送进程实际上所发送的数据。
在某些OS中，消息采用比较短的定长消息格式： 减少了对消息的处理和存储开销。可用于办公自动化系统 中，为用户提供快速的便笺式通信； 但这对要发送较长消息的用户是不方便的。
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。
操作系统(第四版)第02-2章
第二章之进程的同步与通信
2.3.1 进程同步的基本概念
举例： 例一：搬椅子和坐椅子 同学甲 同学乙 ……… ………. if 有空椅子 then 坐下 if 有空椅子 then 搬走 ……… ……….
例二：民航售票（X为某航班的票数）
终端 A
B 终端
主机
终端 C D 终端
例三：交通流量的统计（S表示通过的车
相互感知程度 相互不感知(完全 不了解其它进程 的存在) 间接感知(双方都 与第三方交互， 如共享资源) 直接感知(双方直 接交互，如通信)
交互关系
一个进程对其他 进程的影响
竞争(competition) 一个进程的操作 对其他进程的结 果无影响 通过共享进行协 作 通过通信进行协 作 一个进程的结果 依赖于从其他进 程获得的信息 一个进程的结果 依赖于从其他进 程获得的信息
软件解法 (4)
Peterson算法
进程P 进程Q ………… ………… pturn：＝true； qturn：＝true； turn：＝2； turn：＝1； while（qturn && turn=2）while（qturn && turn=1） 临界区 临界区 pturn：＝false； qturn：＝false； ………… …………
被广泛应用于单处理机和多处理机系统，以及 计算机网络中。
锁机制仅能表示“开”与“关”两种状态；上
锁程序中反复测试Ｗ状态，浪费了处理机的时 间；锁机制只能解决互斥，不能用于同步。信 号量同步机制能完满地解决上述问题。
信号量：semaphore
是一个数据结构 定义如下：
struc semaphore { int value;/*整型变量，仅由P、V操作修改 pointer_PCB queue; /*进程等待队列 }
2.3.1 进程同步的基本概念
举例： 例一：搬椅子和坐椅子 同学甲 同学乙 ……… ………. if 有空椅子 then 坐下 if 有空椅子 then 搬走 ……… ……….
例二：民航售票（X为某航班的票数）
终端 A
B 终端
主机
终端 C D 终端
例三：交通流量的统计（S表示通过的车
相互感知程度 相互不感知(完全 不了解其它进程 的存在) 间接感知(双方都 与第三方交互， 如共享资源) 直接感知(双方直 接交互，如通信)
交互关系
一个进程对其他 进程的影响
竞争(competition) 一个进程的操作 对其他进程的结 果无影响 通过共享进行协 作 通过通信进行协 作 一个进程的结果 依赖于从其他进 程获得的信息 一个进程的结果 依赖于从其他进 程获得的信息
软件解法 (4)
Peterson算法
进程P 进程Q ………… ………… pturn：＝true； qturn：＝true； turn：＝2； turn：＝1； while（qturn && turn=2）while（qturn && turn=1） 临界区 临界区 pturn：＝false； qturn：＝false； ………… …………
被广泛应用于单处理机和多处理机系统，以及 计算机网络中。
锁机制仅能表示“开”与“关”两种状态；上
锁程序中反复测试Ｗ状态，浪费了处理机的时 间；锁机制只能解决互斥，不能用于同步。信 号量同步机制能完满地解决上述问题。
信号量：semaphore
是一个数据结构 定义如下：
struc semaphore { int value;/*整型变量，仅由P、V操作修改 pointer_PCB queue; /*进程等待队列 }
计算机操作系统（第四版）---第二章进程的描述与控制课后习题答案
计算机操作系统（第四版）---第⼆章进程的描述与控制课后习题答案1.什么是前趋图？为什么要引⼊前趋图？答：前趋图(Precedence Graph)是⼀个有向⽆循环图，记为DAG(DirectedAcyclicGraph)，⽤于描述进程之间执⾏的前后关系。
2.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;3. 什么程序并发执⾏会产⽣间断性特征？答：程序在并发执⾏时，由于它们共享系统资源，为完成同⼀项任务需要相互合作，致使这些并发执⾏的进程之间，形成了相互制约关系，从⽽使得进程在执⾏期间出现间断性。
4.程序并发执⾏时为什么会失去封闭性和可再现性？答：程序并发执⾏时，多个程序共享系统中的各种资源，因⽽这些资源的状态由多个程序改变，致使程序运⾏失去了封闭性，也会导致其失去可再现性。
5.在操作系统中为什么要引⼊进程概念？它会产⽣什么样的影响?答：为了使程序在多道程序环境下能并发执⾏，并对并发执⾏的程序加以控制和描述，在操作系统中引⼊了进程概念。
影响: 使程序的并发执⾏得以实⾏。
6.试从动态性，并发性和独⽴性上⽐较进程和程序?答：(1)动态性是进程最基本的特性，表现为由创建⽽产⽣，由调度⽽执⾏，因得不到资源⽽暂停执⾏，由撤销⽽消亡。
进程有⼀定的⽣命期，⽽程序只是⼀组有序的指令集合，是静态实体。
(2)并发性是进程的重要特征，同时也是OS 的重要特征。
引⼊进程的⽬的正是为了使其程序能和其它进程的程序并发执⾏，⽽程序是不能并发执⾏的。
(3)独⽴性是指进程实体是⼀个能独⽴运⾏的基本单位，也是系统中独⽴获得资源和独⽴调度的基本单位。
对于未建⽴任何进程的程序，不能作为独⽴单位参加运⾏。
7.试说明PCB 的作⽤，为什么说PCB 是进程存在的惟⼀标志？答：PCB 是进程实体的⼀部分，是操作系统中最重要的记录型数据结构。
作⽤是使⼀个在多道程序环境下不能独⽴运⾏的程序，成为⼀个能独⽴运⾏的基本单位，成为能与其它进程并发执⾏的进程。
操作系统课件第四版第二章
一、操作系统内核
通常将一些与硬件紧密相关的模块（如中断处理程 序等）、各种常用设备的驱动程序以及运行频率较高的
模块（如时钟管理、进程调度和许多模块所公用的一些
操作），都安排在紧靠硬件的软件层次中，将它们常驻
内存，即通常被称为的OS内核。
这样安排的目的在于：一是便于对这些软件进行保
护；二是可以提高OS的运行效率。
4. 一个状态转换的发生，是否一定导致另一个转换发 生，列出所有的可能。
增加两种基本状态
• 创建( 新new)状态
– OS 已完成为创建一进程所必要的工作 • 已构造了进程标识符 • 已创建了管理进程所需的表格 – 但还没有允许执行该进程 (尚未同意)
• 因为资源有限
• 终止（退出exit)状态
④ 阻塞—就绪
事件完成
【思考题】
1 ．如果一个单处理机系统中有 n 个进程并发执行，在 不考虑程序状态过渡的情况下，执行的进程最多几 个？最少几个？就绪进程最多几个？最少几个？阻 塞进程最多几个？最少几个？ 2. 某一时刻，处于执行状态的进程为 0 个，且当前处 理机空闲，处于就绪状态的进程有几个？ 3. 有没有这样的状态转换，为什么？ 阻塞 —> 执行； 就绪 —> 阻塞
二、进程的创建
1. 进程的层次结构
在 OS 中，允许一个进程创建另一个进程，通常 把创建进程的进程称为父进程，而把被创建的进程称 为子进程。子进程可继续创建更多的孙进程，由此便 形成了一个进程的层次结构。
值得注意的是：在 Windows 中不存在任何进程层
次结构的概念，所有进程都具有相同的地位。
2. 进程图
挂起
活动
调度
释放
挂起 事件 发生 活动
计算机操作系统(第四版)第二章进程的概念
I1
4
C1
P1
I2
C2
P2
程序的顺序执行：一个具有独立功能的程序独占处理机直 至得到最终结果的过程称为程序的顺序执行。
S1： a:=x+y； S2： b:=a-5；//s2必须是s1执行后再执行 S3： c:=b+1；//s3必须是s2执行后再执行
S1 、S2、 S3必须按照顺序依次执行。
2.程序顺序执行时的特征
3
创建状态和终止状态 1.创建状态 是一个进程刚刚建立，但还没有将它 送入就绪队列时的状态 2.终止状态 当一个进程已经正常结束或异常结束， OS已经将它从就绪队列中移出，但还没 有将它撤消时的状态。
28
创建
许可
释放 中断或 时间片用完
终止 获得CPU 正在运行
万事具备， 只欠“东风” CPU I/O完成或 事件发生 欠缺某些条件
S1
S3
S2
S4
10
程序的并发执行及其特征 1.程序的并发执行
一组逻辑上相互独立的程序或程序段在执行过程中， 其执行时间在客观上相互重叠，即一个程序段的执行，尚 未结束，另一个程序段的执行已经开始的这种执行方式。 程序的并发执行可分为两种: (1) 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。
2.进程的三种基本状态
1)就绪(Ready)状态 当进程已经分配到除CPU以外的所有必要的资源后，只 要能获得处理机，就可以立即执行。这时的进程的状态称 为就绪状态。 2)执行状态(Running)（运行状态） 指进程已获得处理机，其程序正在执行。在单处理机 系统中，只能有一个进程处于执行状态。（在多处理机中， 可能有多个进程处于执行状态。）
第2章-3 进程通信
13
PCB中有关通信的数据项
type struct PCB｛ … struct message_buffer mq; //消息队列首指针 semaphore mutex; //消息队列互斥信号量 semaphore sm; //消息队列资源信号量 … ｝
14
消息传递通信的间接通信方式
间接通信方式（信箱通信）
发送进程发消息时不指定接收进程的名字，而是指定一个中间媒 介，即信箱。进程间通过信箱实现通信 发送原语：send(MB,Message)，接收原语：receive(MB,Message) 信箱
٭存放信件的存储区域 ٭构成 信箱特征（头）：信箱容量、信件格式、信箱名称等； 信箱体：若干格子，用来存放信件； ٭私用信箱 ٭共享信箱 ٭公用信箱
共享内存的实现
A进程虚空间 内存空间 B进程虚空间
A正文
B正文
A数据
共享区
B数据
A栈
B栈
5
管道通信（p68） 管道（pipe文件）通信（也称共享文件通信）
连接读写进程的一个特殊文件，允许进程按先进先出方 式传送数据,也能使进程同步执行操作。 实质：是一个共享文件，基本上可借助于文件系统的机制 实现，包括（管道）文件的创建、打开、关闭和读写。
10
消息缓冲实现图示
12
消息缓冲区结构 type struct message_buffer｛ int sender; //发送者ID int size; //消息长度 char *text; //消息正文 struct message_buffer *next; //指向下一个消息缓冲区的指针 ｝
管道通信
发送进程以字符流形式把大量数据送入管道，接收进程 从管道中接收数据，所以叫管道通信。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高级通信：用户可以直接利用操作系统所提供的一组 通信命令，高效地传送大量数据的一种通信方式。
2
进程的同步与互斥是一种通信方式，一进 程可通过修改变量或信号量告知另一进程，它 是否可以继续执行下去。利用生产者——消费 者算法，生产者进程可以传送一批数据给消费 进程，或者说生产者通过缓冲区与消费者进行 通信，但P、V操作只能传递信号，信号本身不 包含任何数据，而进程不当还容易导致进程死 锁，因此，称这些同步机构为低级通信机构。
5
1 共享存储器系统
共享存储器系统：相互通信的进程通过共 享某些数据结构或存储区进行通信，因而可进 一步分为： 基于共享数据结构的通信方式；（低效，只 适于传递少量数据） 基于共享存储区的通信方式。为了传送大量 数据，在存储区中划出一块共享存储区，诸进 程可通过对共享存储区进行读或写数据实现通 信。
进程通信
1
进程通信：指进程间的信息交换。 按通信内容可以划分为2种 低级通信：进程之间控制信息的交换称为低级通信。 一般只传送一个或几个字节的信息，达到 控制进程执行速度的作用。（进程的同步和互斥）
信号量机制作为同步工具是卓有成效的，但作为通信工具则不够理想， （效率低。通信对用户不透明。）
15
管道 是指用于连接一个读进程和一个写进 程，以实现它们之间通信的一个共享文 件，又称pipe文件。 向管道（共享文件）提供输入的发 送进程（即写进程），以字符流形式将 大量的数据送入管道；而接收管道输出 的接收进程（即读进程），可从管道接 收数据，由于发送和接收都是利用管道 进行通信的，故称为管道通信。
1 在发送进程把消息写入缓冲区和把缓冲区挂入消息队列时， 应禁止其他进程对缓冲区消息队列的访问。同理，接收进程 取消息时也禁止其他进程访问缓冲区消息队列 2 当缓冲区中没有信息存在时，接收进程不能接收到任何消息
9
发送进程 S
消息 PCB
接收进程 R
...... 消息链指针 ......
消息
M:
...... Send(R, M) ...... SIZE:消息长度 TEXT:消息正文
18
一对一关系：即可以为发送进程和接收进程建立 一条专用的通信链路； 多对一关系：允许提供服务的进程与多个用户进 程进行交互，也称客户/服务器交互； 一对多关系：允许一个发送进程与多个接收进程 交互，使发送进程用广播的形式，发送消息； 多对多关系：允许建立一个公用信箱，让多个进 程都能向信箱投递消息，也可取走属于自己的消 息。
17
1.信箱通信是一种( B )通信方式。 A. 直接通信 B. 间接通信 C. 低级通信 D. 信号量 2.在操作系统中，P、V操作是一种（ D ）。 A 、机器指令 B、系统调用命令 C、作业控制命令 D、低级进程通信原语 3.对进程的管理和控制使用（ B ）。 A、指令 B、原语 C、信号量 D、信箱
......
...... Receive(pid, N) ...... N: SIZE:消息长度 TEXT:消息正文 ......
消息
10
发送进程和接收进程
发送原语Send（）和接收原语receive（）
设公用信号量mutex，并置初值为1 设SM为接收进程的私用信号量，置初值为0
Send(m) Receive(m ) begin begin P(SM) 等待接的消息的个数 向系统申请一个消息缓冲区 P(mutex) 使用公用缓冲区 P(mutex) 使用公用缓冲区 摘下消息队列中的消息m 将发送区消息m送入新申请的消息缓冲区 将消息队列m从缓冲区复制到接收区 把消息缓冲区挂入接收进程的消息队列 释放缓冲区 V(mutex) 释放缓冲区 V(mutex) 释放公用缓冲区 V(SM) 向接收进程发送消息 end end
12
发送信件:如果指定的信箱未满,则将信件送入信 箱中由指针所指示的位置 , 并释放等待该信箱中 的信件的等待者；否则 ,发送信件者被置成等待 信箱状态。 信箱可由OS创建，也可由用户进程创建，创建 者是信箱的拥有者，据此可把信箱分为：私用信 箱，公用信箱，共享信箱。
13
在利用信箱通信时，在发送进程和接 收进程之间，存在着四种关系：
3
高级通信的三种方式：
1、共享存储器系统
2、消息传递系统
消息缓冲通信(直接通信)
信箱通信(间接通信) 3、管道通信---共享文件通信
4
进程通信的类型
高级通信机制类型 1 共享存储器系统(Shared-Memory System) 2 消息传递系统(Message passing System) 3 管道(pipe)通信系统
间接通信方式：
发送进程将消息发送到某个中间实体（一般 称为信箱）中，接收进程从中取得消息，所以称 8 为信箱通信方式，相应的系统称为电子邮件系统。
消息缓冲机制（直接通信）
发送进程
在自己的内存空间设置一个 把要发送的消息填入发送区 在自己的内存 空间设置一个
发送区
接收区
接收进程
公用缓冲区
两通信进程必须满足下列条件
16
为了协调双方的通信，管道通信机制必须 提供以下三方面的协调能力： 互斥。一个进程正在对pipe进行读/写操作时， 另一进程必须等待。 同步。当写（输入）进程把一定数量的数据写 入pipe后，便去睡眠等待，直到读（输出）进 程取走数据将其唤醒；当读进程读空pipe，也 应睡眠等待，直至写进程将数据写入管道，才 将其唤醒。 对方是否存在。只有确定对方已存在时，才能 进行管道通信，否则会造成因对方不存在而无 限期等待。
信箱通信（间接通信）
信（邮）箱 信箱是一种数据箱体。
间接通信方式中的发送和接收原语的形式如下: send(A,信件):把一个信件发送给信箱A; receive(A,信件):从信箱A接收一封信件； 发送和接收消息原语的功能如下: 接收信件:如果指定信箱中有信,则取出一封 信件,并释放等待信箱的等待者,否则,接收信件者 被置成等待信箱中信件的状态。
6
2 消息传递系统
在消息传递系统中，进程间的数据交换是以消 息(message，在计算机网络中又称报文)为单 位。程序员直接利用系统提供的一组通信命令 （原语）来实现通信。
因其实现方法的不同，又可分为：
直接通信方式（消息缓冲机制） 间接通信方式（信箱通信方式）
7
直接通信方式：
发送进程直接将消息发送给接收进程，并将 它挂在接收进程的消息缓冲队列上。接收进程从 消息缓冲队列中取得消息。故称为消息缓冲机制。 在直接通信方式下,企图发送或接收消息的每 个进程必须指出信件发给谁或从哪里接收消息, 可用send原语和receive原语来实现进程之间的 通信: send(P,消息):把一个消息发送给进程P。 receive(Q,消息):从进程Q接收一个消息。
14
3、管道通信
管道（pipe）通信由UNIX首创的一种借
助文件和文件系统形成的一种通信方式 。
由于其有效性，一些系统继 UNIX 之后相继引 入了管道技术，如 pc-dos ，管道通信将成为 进程通信的一种重要方式。 消息缓冲通信机构是以内存缓冲区为基 础。
管道是以文件系统为基础。
有名管道
无名管道