操作系统原理第2章

实现进程阻塞的是 block 原语，当一个进程无法 继续执行时，就可以调用 block 原语把自己阻塞， 因此说进程的阻塞是一种主动行为。 block 原语 的处理流程为：
①立即停止执行。 ②将 PCB 中的现行状态由“执行”改为“阻塞” 并将 PCB插入相应阻塞队列。 ③转调度程序进行重新调度，将处理机分配给另一就绪 进程并进行切换。 ④将被阻塞进程的处理机状态保留在 PCB 中，再按新进 程的PCB中的处理机状态设置CPU的环境。
2.3.3 进程的阻塞与唤醒
• ③新数据尚未到达，如果两个进程存在相互合作 关系，一个进程所处理的数据是另一个进程的输 出数据，则在新数据未到达前该进程只有阻塞。 • ④无新工作可做，系统中有一些进程，具有某制 定功能，在新任务没有到达之前都处于阻塞状态， 只有当新任务到来时才将该进程唤醒。
2.3.3 进程的阻塞与唤醒
PCBn
图2-4 PCB的索引表组织方式
2．进程控制块的组织方式
执行指针 PCB1 PCB2 PCB3 就绪表队列指针 PCB4 5 2 7
阻塞队列指针
„„
PCBn
9
图2-4 PCB的链接表组织方式
2.2.3 进程的基本状态
运行、就绪、阻塞是进程在整个生命周期所要
经历的三种基本状态 ： • 运行：当一个进程占有处理机运行时，则称该进 程处于运行状态。此状态进程只有一个 • 就绪：当一个进程获得了除处理机以外的一切所 需资源，一旦得到处理机即可运行，则称此进程 处于就绪状态。 就绪队列 • 阻塞：称等待或睡眠状态，一个进程正在等待某 一事件发生（例如请求 I/O 而等待 I/O 完成等）而 暂时停止运行，这时即使把处理机分配给进程也 无法运行，故称该进程处于阻塞状态。 阻塞队列
2.2.3 进程的基本状态
进程在某一时刻会处于一种状态，但状态 不是一成不变的。 进程状态的转换是有条件和方向性的。
2.2.3 进程的基本状态
运行 调度 等待某事件
时间片到 就绪 等待的事件完成 阻塞
图2-6 进程的基本状态转换
2.2.3 进程的基本状态
注意： 进程状态转换并非都是可逆的 进程间状态并非都是主动的(运行->阻塞) 进程状态唯一性
2.4.1 线程的概念
3．线程的定义 线程，有时被称为轻量级进程，是程序执行流的 最小单元。 线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和 分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只 拥有一点在运行中必不可少的资源，它能共享进 程的所有资源。 进程中的所有线程可以并发执行。 线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。
并发性：
• 进程间及进程内部的线程都可实现并发执行，从而提高资源利 用率和系统吞吐量；
2.4.1 线程的概念
5．线程与进程的区别与联系
拥有资源：
• 进程是分配资源的基本单位； • 线程不拥有系统资源(一点即可)，它可以共享进程的所有资源；
系统开销：
• 进程间的切换开销要>线程间的切换开销；
2.3.3 进程的阻塞与唤醒
当被阻塞进程所期待的事件出现时，由有关 进程将等待该事件的进程唤醒。 唤醒原语执行的过程是： ①把被阻塞的进程移出阻塞队列。 ②将PCB中的现行状态由阻塞改为就绪。 ③将该PCB插入到就绪队列中。
2.4 线程
2.4.1 线程的概念 2.4.2 线程的种类和实现
2.4.1 线程的概念
2.4.2 线程的种类和实现
从实现的角度来分，线程可以分作核心级线程和 用户级线程两种。分别在核心空间和用户空间实 现。 1．内核级线程 线程由操作系统内核创建和撤销。线程及线程的 上下文信息的维护以及线程切换都由内核完成。 内核级线程在一定程度上类似于进程，只是创建、 调度的开销要比进程小。 注：无论是系统进程还是用户进程，它们都是在操 作系统内核支持下运行。
2.1.3 进程和程序的关系
①进程是一个动态的概念，程序是静态的概念。
②进程的存在期是进程运行期间，而程序却可以长 久保存。
③进程可以并发执行，而程序却不可以。
④一个程序也可以对应多个进程。
2.2 进程的描述
2.2.1 进程的特征 2.2.2 进程控制块 2.2.3 进程的基本状态
2.2.1 进程的特征
①系统初始化:(用户登录) ②执行了正在运行的进程所调用的进程创建系统 调用（应用请求） ③用户请求创建一个新进程（提供服务） ④一个批处理作业的初始化（作业调度）
2.3.1 进程创建
系统一旦发现有创建新进程的需求后，通过 调用进程创建原语 create() 创建新的进程。 create()创建新进程的步骤为：
2.2.2 进程控制块
• 进程控制块（Process Control Block，PCB） 是一个专门的数据结构，用来记录和管理 进程的运动变化过程。 • PCB是进程实体的一部分 。 • PCB 是进程存在的唯一标志。进程与 PCB 存在一一对应的关系。
1．进程控制块中的内容
进程控制块中的内容 ： • 进程标识符：唯一，用于识别进程 • 进程当前状态 • 进程的地址和大小信息 • 资源信息 • 进程优先级 • CPU现场保护区：由各种寄存器组成
①扫描PCB总表，申请空白的PCB。 ②给子进程一个唯一的进程标识符。 ③为进程分配内存空间。 ④初始化PCB信息。 ⑤将进程插入就绪队列。
2.3.2 进程撤销
• 进程撤销通常由下列条件引起：
①正常退出 ②出错退出 ③严重错误被迫退出 ④被其它进程杀死
2.3.2 进程撤销
撤销要使用撤销原语，撤销原语的执行流程: • 首先检查PCB进程链或进程家族，寻找所要撤消 的进程是否存在。 • 如果找到了所要撤消的进程的PCB结构，则撤消 原语释放该进程所占有的资源之后，把对应的 PCB 结构从进程链或进程家族中摘下并返回给 PCB空队列。 • 如果被撤消的进程有自己的子进程，则撤消原语 先撤消其子进程的 PCB结构并释放子进程所占用 的资源之后，再撤消当前进程的PCB结构和释放 其资源。
2.3.3 进程的阻塞与唤醒
引起进程阻塞或被唤醒的几类事件有： • ①请求系统服务，当进程请求系统服务而暂时不能得到响 应时，该进程就会阻塞。例如一进程请求使用某类 I/O 设 备，但系统中该类 I/O 设备已分配完毕，此时申请进程只 能阻塞以等待其它进程在使用完毕后释放出该设备并将唤 醒申请者； • ②启动某种操作，当进程启动某种操作后，如果只能等待 操作完成后进程才能继续，那么在等待过程中，进程就需 要阻塞。例如进程启动输入设备进行数据的输入，如果只 有在数据输入完成后进程才能继续执行，则进程启动了 I/O设备后自动进入阻塞状态去等待，在I/O操作完成后由 中断处理程序将该进程唤醒；
2.4.2 线程的种类和实现
内核级线程特点： • ①线程的创建、撤销和切换等，都需要内核直接 实现，即内核了解每一个作为可调度实体的线程。 • ②这些线程可以在全系统内进行资源的竞争。 • ③内核空间内为每一个内核支持线程设置了一个 线程控制块，内核根据该控制块感知线程的存在， 并进行控制。
1．进程引入的目的： 为了使多道程序并发执行，以提高资源利用率和 系统吞吐量；
2.4.1 线程的概念
2．线程的引入 无线程的 OS 系统中，进程是程序运行的基本单 位。进程有两个基本属性：资源分配的基本单位 和系统调度运行的基本单位。 为了使系统中能有更好的并发能力同时又尽可能 不增加系统的开销，人们就将进程的两个属性分 离开来，引入线程的概念。 将进程做为系统资源的拥有单位，将调度执行的 基本单位赋予新的实体——线程。
2.4.1 线程的概念
4．线程的属性 （1）轻型实体：不拥有系统资源，一点就OK （2）独立调度和分派的基本单位 （3）可并发执行: 【不同/同一】进程均可并发 （4）共享进程资源
2.4.1 线程的概念
5．线程与进程的区别与联系
调度：
• 资源分配和调度方面； • 同一进程内的线程切换不会引起进程的切换，但不同进程间的 线程切换会引起进程的切换；
1．进程的定义
本书把进程定义描述为： 进程是程序在进程控制块的管理下在某一 个数据集合上的一次执行，是系统进行资 源分配和调度的基本单位。
2．进程的结构
进程是由三部分组成的一个结构实体，这 三部分分别为：
① 程序段 ② 数据段 ③ 进程控制块(与进程一对一关系)
为了突出进程结构的静态性和进程运行的 动态性，我们把这三部分组成的结构实体 称作进程实体(进程映像)，而进程其实就是 进程实体的运行过程。
1．进程控制块中的内容
• 进程同步与通信机制 • 进程所在队列PCB的链接字 • 与进程有关的其他信息
2．进程控制块的组织方式
PCB1 PCB2 PCB3 PCB4
„„
PCBn
图2-3 PCB的线性表组织方式
2．进程控制块的组织方式
执行指针 PCB1 PCB2 就绪索引表 PCB3 就绪表指针 PCB4 阻塞索引表 阻塞表指针 „„
1．程序的顺序执行
在采用单道程序设计技术的计算机系统中， 程序的运行具有以下特点： （1）顺序执行 （2）独占资源 (封闭性) （3）程序结果可再现
2．程序的并发执行
顺序执行 A B C A B C 并发执行
图2-2 程序的顺序执行和并发执行
2．程序的并发执行
多道程序技术允许内存中同时存在多道程 序，在一段时间里多道程序并发执行。程 序的并发执行特点： （1）间断执行(间断性) （2）相互制约(失去封闭性) （3）运行结果不确定(不可再现性)
第2章 进程的描述与控制
内容提要
本章主要讲述以下内容： （1）进程概念的引入、进程的定义和结构、进程和 程序的关系； （2）进程的特征、进程控制块和进程的基本状态； （3）进程的创建、进程的撤销、进程的阻塞与唤醒； （4）线程的概念、线程的种类与实现。