2进程管理(上)PPT课件
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操作系统ppt课件完整版
分时操作系统
分时操作系统采用时间片轮转的方式处理 多个用户的请求，保证了每个用户都能得 到及时的响应。
网络操作系统
网络操作系统具有强大的网络管理功能， 支持多种网络协议和网络服务，使得计算 机网络更加高效、可靠、安全。
实时操作系统
实时操作系统能够在规定的时间内对外部 输入的信息做出处理，并控制所有实时设 备和实时任务协调一致地工作。
动态分区
根据作业的大小动态地建 立分区，使分区大小正好 适应作业的需要。
分区的分配与回收
采用一定的算法将空闲分 区分配给请求者，当作业 完成后将作业占用的分区 回收。
页式存储管理
01 02
基本思想
将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页，而物理内存划分为同样大 小的页框。程序加载时，可将任意一页放入内存中任意一个页框，实现 离散分配。
中断处理的概念
中断处理是指当设备发出中断请求时，CPU暂 停当前任务并转去处理中断请求的过程。
ABCD
设备驱动程序的功能
包括设备的初始化、设备的打开和关闭、设备的 读写以及设备的状态查询等。
中断处理的流程
包括中断请求的响应、中断服务程序的执行以及 中断返回等步骤。
06
操作系统安全与保护
操作系统安全概述
THANKS
感谢观看
访问控制与安全策略
访问控制机制
操作系统通过用户认证、文件权限、访问控制列表（ACL）等机制 实现访问控制，防止未经授权的访问。
安全策略实施
操作系统应实施强制访问控制（MAC）、自主访问控制（DAC） 等安全策略，确保只有经过授权的用户才能访问敏感资源。
审计与监控
操作系统应具备审计和监控功能，记录用户的操作行为，以便事后分 析和追责。
《操作系统第二章》PPT课件
文件的逻辑结构与物理结构
文件的逻辑结构
从用户观点出发所观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，它独立 于文件的物理特性，又称为文件组织。
文件的物理结构
又称文件的存储结构，是指文件在外存上的存储组织形式。这不仅与存储介质的存储性能 有关，而且与所采用的外存分配方式有关。
文件的逻辑结构与物理结构之间的关系
实时操作系统
是指当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理， 其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统作出 快速响应，并控制所有实时任务协调一致地运行。
操作系统的分类与特点
网络操作系统
是基于计算机网络的，是在各种计算 机操作系统上按网络体系结构协议标 准开发的软件，包括网络管理、通信 、安全、资源共享和各种网络应用。
设备分配算法
常用的有先来先服务（FCFS）、优先级高者优先（HPF）等算法 ，根据实际需求选择合适的算法进行设备分配。
设备回收机制
在用户进程使用完设备后，及时回收设备资源，以便其他进程使用 。
设备驱动程序与中断处理
设备驱动程序
与硬件直接交互的软件模块，提供对 设备的控制和管理功能。驱动程序需 要处理设备的初始化、数据传输、错 误处理等问题。
构。
PCB中包含了进程标识符、处理 器状态信息、进程调度信息、进
程控制信息等。
操作系统通过PCB对进程实施管 理和控制，如进程的创建、撤销 、阻塞、唤醒等操作都需要修改
PCB中的信息。
进程调度算法
01
进程调度算法是操作系统用来确定处理器分配给哪个进程使 用的策略和方法。
02
常见的进程调度算法包括：先来先服务FCFS、短作业优先 SJF、优先级调度算法PSA、时间片轮转RR等。
计算机操作系统 第二章 进程管理(2)
缺点：
（1）进程在等待进入临界区时也要耗费处理器时间， 不能实现“让权等待” （2）可能出现进程“饥饿”
2.3.2 信号量机制
新的同步工具——信号量和P、V操作。
信号量：是一种数据结构，代表可用资源实 体的数目。
信号量只能通过初始化和两个标准的原语： P（wait(S)）、V（(signal(S)）来访问。 P原语相当于进入区操作，V原语相当于退 出区操作。
AND同步机制
AND同步机制的基本思想是：进程运行时所 需要的所有资源，要么全部分配给它，使用完 毕后一起释放；要么一个都不分配给它。实现 时，采用原子操作：要么全部分配到所有资源， 要么一个也不分配到。 称AND型信号量P原语为：
Swait(Simultaneous wait)
V原语为Ssignal(Simultaneous signal)。
SP原语描述
Swait(S1,S2,„,Sn) /* SP原语描述 */ {while(1) {if(S1>=1&&S2>=1&&„&&Sn>=1) {for(i=1;i<=n;i++) Si--; /* 先确信可满足所有资源要求再减1操作 */ berak; } else /* 资源不够时 */ {将进程放入第一个信号量小于1的阻塞队列Si.sqeue; 将PC中的地址回退到SP开始处； 阻塞进程； } } }
第二章 进程管理（2）
2.3 进程同步
多进程并发执行时，由于资源共享或进程合 作，使进程间形成间接相互制约和直接相互制 约关系，这需要用进程互斥与同步机制来协调 两种制约关系。 进程同步的主要任务：协调进程执行次序， 使并发执行的诸进程间能有效地共享资源和相 互合作，使程序的执行具有可再现性。
计算机操作系统原理 第二章 进程描述与控制
13
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。
14
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）
15
两个并发程序方案
6
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。
38
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）
39
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
3
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
《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
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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
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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）
进程概念、进程控制
15
3.1 进程的概念
进程的概念是60年代初首先由麻省理工学院 进程的概念是60年代初首先由麻省理工学院 60 MULTICS系统和IBM公司的CTSS/360系统 系统和IBM公司的CTSS/360 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， 引入的。进程有很多各式各样的定义，如： 进程是一个可以并行执行的计算部分 进程是一个抽象实体，当它执行某个任务时， 进程是一个抽象实体，当它执行某个任务时， 将要分配和释放各种资源 进程是一个独立的可以调度的活动 等等
2.进程控制信息： 2.进程控制信息： 进程控制信息
当前状态（就绪态、执行态、等待态） 当前状态（就绪态、执行态、等待态） 进程优先级(priority) 进程优先级(priority) 进程开始地址 运行统计信息， 运行统计信息，进程占有和利用资源的情况 通信信息
27
ห้องสมุดไป่ตู้
3.资源管理信息： 3.资源管理信息： 资源管理信息 有关存储器的信息 使用输入输出设备的信息 有关文件系统的信息等 4.CPU现场保护信息 现场保护信息： 4.CPU现场保护信息： 存储退出执行时的进程现场数据， 存储退出执行时的进程现场数据，当该进 程重新恢复运行时恢复处理器现场。 程重新恢复运行时恢复处理器现场。 •包括通用寄存器内容、控制寄存器内容、 包括通用寄存器内容、控制寄存器内容、 包括通用寄存器内容 用户堆栈指针、系统堆栈指针等。 用户堆栈指针、系统堆栈指针等。
25
PCB的内容 不同系统不尽相同) PCB的内容 (不同系统不尽相同)
26
PCB的内容 PCB的内容
1.进程描述信息： 1.进程描述信息： 进程描述信息
进程标识符(process ID，唯一， 进程标识符(process ID，唯一，通常是一个整 数）或进程名 用户名或用户标识符(user 用户名或用户标识符(user ID) 家族关系
3.1 进程的概念
进程的概念是60年代初首先由麻省理工学院 进程的概念是60年代初首先由麻省理工学院 60 MULTICS系统和IBM公司的CTSS/360系统 系统和IBM公司的CTSS/360 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， 引入的。进程有很多各式各样的定义，如： 进程是一个可以并行执行的计算部分 进程是一个抽象实体，当它执行某个任务时， 进程是一个抽象实体，当它执行某个任务时， 将要分配和释放各种资源 进程是一个独立的可以调度的活动 等等
2.进程控制信息： 2.进程控制信息： 进程控制信息
当前状态（就绪态、执行态、等待态） 当前状态（就绪态、执行态、等待态） 进程优先级(priority) 进程优先级(priority) 进程开始地址 运行统计信息， 运行统计信息，进程占有和利用资源的情况 通信信息
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ห้องสมุดไป่ตู้
3.资源管理信息： 3.资源管理信息： 资源管理信息 有关存储器的信息 使用输入输出设备的信息 有关文件系统的信息等 4.CPU现场保护信息 现场保护信息： 4.CPU现场保护信息： 存储退出执行时的进程现场数据， 存储退出执行时的进程现场数据，当该进 程重新恢复运行时恢复处理器现场。 程重新恢复运行时恢复处理器现场。 •包括通用寄存器内容、控制寄存器内容、 包括通用寄存器内容、控制寄存器内容、 包括通用寄存器内容 用户堆栈指针、系统堆栈指针等。 用户堆栈指针、系统堆栈指针等。
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PCB的内容 不同系统不尽相同) PCB的内容 (不同系统不尽相同)
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PCB的内容 PCB的内容
1.进程描述信息： 1.进程描述信息： 进程描述信息
进程标识符(process ID，唯一， 进程标识符(process ID，唯一，通常是一个整 数）或进程名 用户名或用户标识符(user 用户名或用户标识符(user ID) 家族关系
第2章 操作系统Windows 10ppt课件
2.1.1 操作系统概述
2． 操作系统的分类 操作系统的种类很多，可从简单到复杂，可从手机的嵌入式OS到超级计算机大型OS。可以从
不同角度对操作系统进行分类：
目前常见的操作系统有Windows、UNIX、Linux、Mac OS、Android、iOS 和 Chrome OS等 。
2.1.2 控制OS的两种方式-鼠标和键盘
2.3.1 桌面图标
【实训2-2】在桌面创建一个图标，指向文件夹D:\我的资料\旅游照片。有以下多种操作方法。
方法一：用鼠标右键将图标拖放到桌面上，在弹出的快捷菜单中选择“在当前位置创建快捷方式”。 方法二：按住<Alt>键的同时将图标拖到桌面上。 方法三：直接发送到桌面生成图标。
2.3.1 桌面图标
● 进程管理（Processing management） ● 内存管理（Memory management） ● 文件系统（File system） ● 网络通信（Networking） ● 安全机制（Security） ● 用户界面（User interface） ● 驱动程序（Device drivers） 操作系统的各种角色通常都围绕着“良好的共享” 这一中心思想。操作系统负责管理计算机的资 源，而这些资源通常是由使用它们的程序共享的；多个并发执行的程序将共享内存，依次使用 CPU，竞争使用I/O设备的机会；操作系统将担任现场监视角色，确保每个程序都能够得到执行的 机会。
在“开始”菜单中依次单击“设置”→“个 性化”→“任务栏”可以打开任务栏属性设置窗 口，可从中对任务栏进行个性化定制。
2.3.3 “开始”菜单
鼠标左键单击“开始”按钮 或按下键盘左下角的<Win>键即可打开“开始” 菜单。它是用户进行系统操作 的起始位置。
《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。
操作系统教程Linux实例分析孟庆昌第2章进程管理讲课教案
第2章 进程管 理
2. Thread结构
每个线程有一个Thread结构， 用于保存与线程有
关的信息， 主要由以下几个基本部分组成：
(1) 一个惟一的线程标识符。
2
描述处理器状态的一组状态寄存器的内容，
用于调度。
3
每个Thread结构有两个堆栈指针： 一个指向
核心堆栈， 一个指向用户堆栈。
4
一个私有存储区， 存放现场保护信息及其他
第2章 进程管 理
(5) 通信信息。 它反映该进程与哪些进程有什么样 的通信关系， 如等待哪个进程的信号等。
(6) 现场保护区。 当对应进程由于某个原因放弃使 用CPU时， 需要把它的一部分与运行环境有关的信息保 存起来， 以便在重新获得CPU后能恢复正常运行。
第2章 进程管 理
(7) 资源需求、 分配和控制方面的信息。 如进程 所需要或占有的I／O设备、 磁盘空间、 数据区等。
第2章 进程管 理
图2-5 进程状态及其变化
第2章 进程管 理
在很多操作系统中， 又添加了两种基本状态： 创 建 态和终止态。 创建态是指新进程正被创建时的状态，当 创建工作完成后它就进入到就绪态。 终止态是指进 程 正常或非正常终止时所处的状态， 它的必然结局是 从 系统中消失。 上述五种进程状态及其变迁情况如图 2-6 所示。
第2章 进程管 理
图2-8 PCB构成
第2章 进程管 理
1
进程名。 它是惟一标志对应进程的一个标志
符或数字。
(2) 特征信息。 它包括是系统进程还是用户进程， 进程映像是否常驻内存等。
(3) 进程状态信息。 它表明该进程的执行状态， 是运行态、 就绪态还是阻塞态。
(4) 调度优先权。 这表示进程获取CPU的优先级别。
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6
第二章 进程管理
操作系统
为了请求操作系统服务，提高系统效率，处理 突发事件，满足实时要求，需要打断处理器正 常的工作，为此，中断概念被提出来了。中断 (interrupt)是指程序执行过程中，当发生某个 事件时，中止CPU 上现行程序的运行，引出 处理该事件的服务程序执行的过程。
7
第二章 进程管理
编译程序
第二章 进程管理
user1.c
user2.c
17
操作系统
进程的特征：
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基本单位，而程序则不行。 5)一个进程可以包含几个程序 ；一个程序也可以对应多个进 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。
第二章 进程管理
begin L2：print N；
N=0； goto L2 end
coend
之前通过 之后通过 之中通过
结果：
m+1 m
m
当前的N值：
0
1
0
12
2. 程序与它的执行过程不再一一对应
编译程序
操作系统
第二章 进程管理
user1.c
user2.c
3. 并发程序之间的相互制约性
当具有有一定的逻辑关系的各程序（或程序段）之间需 要相互合作来完成同一任务时，它们之间具有直接的相互制 约关系。
在这种情况下，使用程序这个传统的静态的概念已经无 法描述并发活动的特性、规律和变化。也就是说，用程序作 为描述并发活动的执行过程以及管理共享资源的基本单位是 不合适的。为此，人们引入了新的概念——进程，以便从变 化的角度，动态地分析、研究并发程序的活动。
15
第二章 进程管理
操作系统
定义：
(1) 进程是程序的一次执行，亦即进程是在指定内存区域中 的一组指令序列的执行过程。 (2) 进程是可以和别的计算并发执行的计算。
一个程序通常由若干个程序段所组成，它们必须按照程序 规定的先后次序来执行，只有在前一个操作结束之后才能开 始后继操作，这就是程序的顺序执行。
8
第二章 进程管理
操作系统
程序顺序执行的特点：
1）顺序性 处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行， 即每一操作必须在下一操作开始之前结束。
2．封除初始状态外)只有本程序才能改 变。程序一旦开始运行，其执行结果不受外界因素的影响。
N=0；
执行，它们并发执行时可能有如下两
cobegin Procedure 观察者
种情况： 1)报告者执行时无卡车通过。
begin L1：观察到一辆卡车；
2)报告者执行时有卡车通过。
N=N+1；
设某时刻N的当前值为m，可能
goto L1
出现的情况和结果：
end
情况：
Procedure 报告者 （1）a （1）b （2）
3
第二章 进程管理
操作系统
几种主要的寄存器
寄存器的种类：用户可编程的寄存器及控制 与状态寄存器。
数据寄存器
地址寄存器
条件码寄存器
程序计数器PC
指令寄存器IR
程序状态字PSW
控制与状态寄存器
中断现场保护寄存器
堆栈指针寄存器
第二章 进程管理
4
操作系统
执行指令的步骤：
指令的执行与中断
3．可再现性 只要程序执行时的环境和初始条件相同，当 程序重复执行时，不论它是从头到尾不停顿地执行，还是 “停停走走”地执行，都将获得相同的结果。
9
第二章 进程管理
操作系统
二、程序的并发执行
下图给出了系统对一批作业进行处理时，输入操作、计 算操作和打印操作各程序段执行的先后次序。
程序段的并发执行的有向图 （前趋图） 10
并发程序（或程序段）之间由于共享资源而竞争同一资 源时，致使并发程序（或程序段）之间形成了间接的相互制 约关系。
13
操作系统
例如：
由于程序活动之间的相互依赖和相互制约，这就使得程 序的活动与它的运行环境密切相关，并呈现：执行—暂停— 执行”的活动规律。
14
第二章 进程管理
操作系统
三、进程的定义
在多道程序工作的环境下，各个程序是并发执行的，它 们共享系统资源，共同决定这些资源的状态。
(3) 进程可定义为一个数据结构和能在其上进行操作的一个 程序。 (4) 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。
进程的定义： 进程是一个具有独立功能的程序对某个数据集在处
理机上的执行过程和分配资源的基本单位。
16
第二章 进程管理
操作系统
进程与程序的区别：
操作系统
第二章 进程管理
进程的概念 进程的描述 进程状态及其转换 进程控制 进程互斥 进程同步 进程通信 线程
1
第二章 进程管理
操作系统
第二章 进程管理
计算机硬件简介 进程的概念 进程描述 进程状态及其转换 进程控制
2
操作系统
计算机硬件的基本元素
基本硬件有4种：处理器、存储器、输入 输出控制与总线、外部设备。
操作系统
进程的概念
让多个作业同时装入一个计算机系统的主存储器中，并 且同时处于运行状态，共享系统中的各种软、硬件资源，交 替占用处理机运行。这种设计技术称“多道程序设计”，这 种计算机系统称“多道程序系统”。
一、程序的顺序执行
程序：是具有特定功能的一组指令(或一组语句)的集合，它 指出了处理器执行操作的步骤。
第二章 进程管理
操作系统
程序并发执行的特点
1. 失去了程序的封闭性和可再现性
例如：某交通路口设置了一个自动计数系统，该系统由观 察者和报告者共同组成。
观察到一辆卡车
输出计数值
第二章 进程管理
将计数值累加1
将计数值清 “0”
交通路口自动计数系统 11
操作系统
integer N；
由于观察者和报告者程序可以并发
（PC） （IR）
5
第二章 进程管理
操作系统
指令的执行与中断
❖中断 采用中断技术后能实现CPU 和I/O 设备交
换信息使CPU 与I/O 设备并行工作。此外，在 计算机运行过程中，还有许多事件会随机发生， 如硬件故障、电源掉电、人机联系和程序出错 等，这些事件必须及时加以处理。在实时系统， 如生产自动控制系统中，必须即时将传感器传 来的温度、距离、压力、湿度等变化信息送给 计算机，计算机则暂停当前工作，转去处理和 解决异常情况。
第二章 进程管理
操作系统
为了请求操作系统服务，提高系统效率，处理 突发事件，满足实时要求，需要打断处理器正 常的工作，为此，中断概念被提出来了。中断 (interrupt)是指程序执行过程中，当发生某个 事件时，中止CPU 上现行程序的运行，引出 处理该事件的服务程序执行的过程。
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第二章 进程管理
编译程序
第二章 进程管理
user1.c
user2.c
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操作系统
进程的特征：
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基本单位，而程序则不行。 5)一个进程可以包含几个程序 ；一个程序也可以对应多个进 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。
第二章 进程管理
begin L2：print N；
N=0； goto L2 end
coend
之前通过 之后通过 之中通过
结果：
m+1 m
m
当前的N值：
0
1
0
12
2. 程序与它的执行过程不再一一对应
编译程序
操作系统
第二章 进程管理
user1.c
user2.c
3. 并发程序之间的相互制约性
当具有有一定的逻辑关系的各程序（或程序段）之间需 要相互合作来完成同一任务时，它们之间具有直接的相互制 约关系。
在这种情况下，使用程序这个传统的静态的概念已经无 法描述并发活动的特性、规律和变化。也就是说，用程序作 为描述并发活动的执行过程以及管理共享资源的基本单位是 不合适的。为此，人们引入了新的概念——进程，以便从变 化的角度，动态地分析、研究并发程序的活动。
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第二章 进程管理
操作系统
定义：
(1) 进程是程序的一次执行，亦即进程是在指定内存区域中 的一组指令序列的执行过程。 (2) 进程是可以和别的计算并发执行的计算。
一个程序通常由若干个程序段所组成，它们必须按照程序 规定的先后次序来执行，只有在前一个操作结束之后才能开 始后继操作，这就是程序的顺序执行。
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第二章 进程管理
操作系统
程序顺序执行的特点：
1）顺序性 处理机的操作严格按照程序所规定的顺序执行， 即每一操作必须在下一操作开始之前结束。
2．封除初始状态外)只有本程序才能改 变。程序一旦开始运行，其执行结果不受外界因素的影响。
N=0；
执行，它们并发执行时可能有如下两
cobegin Procedure 观察者
种情况： 1)报告者执行时无卡车通过。
begin L1：观察到一辆卡车；
2)报告者执行时有卡车通过。
N=N+1；
设某时刻N的当前值为m，可能
goto L1
出现的情况和结果：
end
情况：
Procedure 报告者 （1）a （1）b （2）
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第二章 进程管理
操作系统
几种主要的寄存器
寄存器的种类：用户可编程的寄存器及控制 与状态寄存器。
数据寄存器
地址寄存器
条件码寄存器
程序计数器PC
指令寄存器IR
程序状态字PSW
控制与状态寄存器
中断现场保护寄存器
堆栈指针寄存器
第二章 进程管理
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操作系统
执行指令的步骤：
指令的执行与中断
3．可再现性 只要程序执行时的环境和初始条件相同，当 程序重复执行时，不论它是从头到尾不停顿地执行，还是 “停停走走”地执行，都将获得相同的结果。
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第二章 进程管理
操作系统
二、程序的并发执行
下图给出了系统对一批作业进行处理时，输入操作、计 算操作和打印操作各程序段执行的先后次序。
程序段的并发执行的有向图 （前趋图） 10
并发程序（或程序段）之间由于共享资源而竞争同一资 源时，致使并发程序（或程序段）之间形成了间接的相互制 约关系。
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操作系统
例如：
由于程序活动之间的相互依赖和相互制约，这就使得程 序的活动与它的运行环境密切相关，并呈现：执行—暂停— 执行”的活动规律。
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第二章 进程管理
操作系统
三、进程的定义
在多道程序工作的环境下，各个程序是并发执行的，它 们共享系统资源，共同决定这些资源的状态。
(3) 进程可定义为一个数据结构和能在其上进行操作的一个 程序。 (4) 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。
进程的定义： 进程是一个具有独立功能的程序对某个数据集在处
理机上的执行过程和分配资源的基本单位。
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第二章 进程管理
操作系统
进程与程序的区别：
操作系统
第二章 进程管理
进程的概念 进程的描述 进程状态及其转换 进程控制 进程互斥 进程同步 进程通信 线程
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第二章 进程管理
操作系统
第二章 进程管理
计算机硬件简介 进程的概念 进程描述 进程状态及其转换 进程控制
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操作系统
计算机硬件的基本元素
基本硬件有4种：处理器、存储器、输入 输出控制与总线、外部设备。
操作系统
进程的概念
让多个作业同时装入一个计算机系统的主存储器中，并 且同时处于运行状态，共享系统中的各种软、硬件资源，交 替占用处理机运行。这种设计技术称“多道程序设计”，这 种计算机系统称“多道程序系统”。
一、程序的顺序执行
程序：是具有特定功能的一组指令(或一组语句)的集合，它 指出了处理器执行操作的步骤。
第二章 进程管理
操作系统
程序并发执行的特点
1. 失去了程序的封闭性和可再现性
例如：某交通路口设置了一个自动计数系统，该系统由观 察者和报告者共同组成。
观察到一辆卡车
输出计数值
第二章 进程管理
将计数值累加1
将计数值清 “0”
交通路口自动计数系统 11
操作系统
integer N；
由于观察者和报告者程序可以并发
（PC） （IR）
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第二章 进程管理
操作系统
指令的执行与中断
❖中断 采用中断技术后能实现CPU 和I/O 设备交
换信息使CPU 与I/O 设备并行工作。此外，在 计算机运行过程中，还有许多事件会随机发生， 如硬件故障、电源掉电、人机联系和程序出错 等，这些事件必须及时加以处理。在实时系统， 如生产自动控制系统中，必须即时将传感器传 来的温度、距离、压力、湿度等变化信息送给 计算机，计算机则暂停当前工作，转去处理和 解决异常情况。